Anlage zur Bearbeitung hochfester metallischer Werkstoffe durch elektrochemischen Abtrag (PECM)
Kurzbeschreibung
Die Mewatec Mechanische Werkstatt & Technologie e.K. stellt Präzisions-, Dreh- und Frästeile her und fertigt Gasturbinen und Gasturbinenteile an. In der Metallverarbei- tung steigt zunehmend die Nachfrage nach hochfesten, niedrig legierten Stahlsorten sowie nach hochwarmfesten Nickelbasislegierungen und Gamma-Titanaluminiden. Während erstere materialsparende und energieeffiziente Leichtbaukonstruktionen erlauben, werden die Nickelbasislegierungen und Gamma-Titanaluminiden beispielsweise benötigt, um bei Gasturbinenkraftwerken durch Anhebung der Gastemperatur eine Steigerung des Wirkungsgrades zu erreichen. Allerdings lassen sich diese Werk- stoffe mit herkömmlichen spanabhebenden Verfahren (z.B. Bohren, Drehen, Schleifen) nur unter hohem zeitlichen und energetischen Aufwand bearbeiten. Außerdem verschleißen die Werkzeuge zum Drehen oder Fräsen der hochfesten Stähle äußerst schnell.
Ziel des Vorhabens ist es daher, eine innovative Bearbeitungsmaschine für hochfeste und hochwarmfeste Werkstoffe zu installieren, die eine Bearbeitung dieser Werkstoffe mit geringem Zeit- und Energieaufwand gestattet. Die Innovation besteht darin, dass die Werkstücke nicht mehr durch ein spanabhebendes Verfahren sondern durch einen elektrochemischen Abtrag (PECM-Verfahren) bearbeitet werden. Dadurch entfällt das bisherige Drehen und Fräsen der Werkstücke, sodass weniger Energie für den Produktionsprozess benötigt wird. Außerdem entfallen die hohen Herstellungskosten der Arbeitswerkzeuge aus Materialien, wie polykristallinem Diamant, Schneidkeramik und Hartmetall. Der bei der Dreh- und Fräsbearbeitung notwendige Kühlschmierstoff, der aufwändig wieder aufgearbeitet oder entsorgt werden muss, entfällt bei der PECM-Bearbeitung komplett.
Beim neuartigen PECM-Verfahren wird dagegen eine Elektrolytlösung aus wässrigem Natriumnitrat mit einem Salzgehalt von 10 bis 20 Prozent verwendet. Die PECM-Anlage hat einen Elektrolytvorrat von 1.000 Liter, der einmal im Jahr ersetzt werden muss. Die anfallende Menge von etwa 500 Kilogramm Metallschlamm pro Jahr soll an andere Unternehmen zur Aufbereitung abgegeben werden.
Mit dem neuen Verfahren werden im Vergleich zum konventionellen spanabhebenden Verfahren nur ein Fünftel der Zeit und der elektrischen Energie benötigt. Bei einer jährlichen maximalen Produktionsmenge von 292 Großteilen aus hochfestem Stahl können 1,75 Gigawattstunden Energie eingespart werden. Das entspricht einer Minderung der CO2-Emissionen von bis zu 1.055 Tonnen.