Témata
Zdroj: Hermle

Nižší spotřeba paliva, nižší emise a výrazně nižší hlučnost – k dosažení tohoto cíle hrají u letadel rozhodující roli hnací agregáty. Pro bezpečnost a pokrok ve výrobě jsou zásadní komplexní geometrie, vysoce pevné materiály a nepřetržité monitorování procesů. Díky variantám Mill-Turn splňuje firma Hermle u svých obráběcích center řady High-Performance požadavky na náročnou výrobu rotačně symetrických komponent hnacích agregátů, jako jsou blisky neboli disky s lopatkami.

Roman Dvořák

Je absolventem oboru Strojírenská technologie Fakulty strojní ČVUT v Praze, kde nakonec kombinovanou formu doktorského studia po dlouhých letech nedostudoval (...). V roce 1997 nastoupil do vydavatelství Vogel Publishing na post odborného redaktora vznikajícího strojírenského titulu MM Průmyslové spektrum. V roce 1999 přijal nabídku od německého vlastníka outsourcingovat titul do vlastního vydavatelství. 

Reklama

Jakmile je rychlost, a tím i zdvih dostatečný k překonání gravitace, zazní v kokpitu příkaz: „rotovat“. K tomu je základní podmínkou správný profil křídel, ale rozhodující je jejich obtékání vzduchem. To se vytváří teprve tahem proudového motoru, za který jsou odpovědné hnací agregáty. Nejpoužívanějšími leteckými motory jsou od poloviny 20. století dvouproudové motory, zvané také turbovrtulové nebo obtokové motory. Jejich princip je založen na efektu zpětného rázu. Před kompresorem a spalovací komorou je ventilátor s výrazně větším průměrem – lopatkové kolo, které je viditelné zvenku. To tlačí velkou část přiváděného vzduchu kolem hlavního hnacího agregátu, a tím vytváří tah motoru. Ventilátor je poháněn hlavním hnacím agregátem, který má tedy jen malý podíl na celkovém tahu motoru.

Hrubování komplexního tvaru přípojky paliva na stroji C 32 U dynamic. (Zdroj: Hermle)

Moderní hnací agregáty pracují s několika hřídeli a převodovkou, aby oddělily otáčky ventilátoru od turbíny. Vývoj a postupná optimalizace dvouproudové hnací jednotky přinesla enormní pokrok z hlediska palivové účinnosti a výkonu. Důležitým faktorem je zde takzvaný obtokový poměr mezi hmotnostními proudy vzduchu obtokového proudu, který probíhá kolem turbíny, a průtokem jádra trysky. Zatímco moderní proudové motory nyní dosahují obtokového poměru kolem 10:1, starší motory stále fungují s hodnotami 5:1. Budoucí pohony by měly dosáhnout obtokového poměru 15:1, a měly by tak být podstatně úspornější a tišší.

Reklama
Reklama

Technický pokrok

Podle Spolkové asociace německého leteckého průmyslu (BDL) bylo v roce 2019 na německých letištích celkem 248 milionů přilétajících a odlétajících cestujících a bylo zpracováno více než 4,9 milionu tun leteckého nákladu. Jak rychle se těchto čísel po aktuální krizi dosáhne, je těžké předvídat. Není však pochyb, že se opět zvýší. Pro budoucnost letectví jsou rozhodující jak ekonomické, tak ekologické aspekty. Primárním cílem je snížit spotřebu paliva i emise znečišťujících látek a hluk. ACARE (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe), evropský poradní orgán složený z členů Evropské komise a leteckého průmyslu a kosmonautiky, pojmenoval v rámci své strategie výzkumu a inovací konkrétní cíle rozvoje: Podle studie Flightpath 2050 by se do roku 2050 měly emise CO2 snížit o 75 % a emise NOx o 90 % na kilometr a jednoho cestujícího. ACARE požaduje snížení hlukové zátěže o 65 %.

Při obrábění vnitřního tvaru skříně hnacího agregátu se na stroji C 42 U MT dynamic používá trochoidní soustružení. (Zdroj: Hermle)

Za účelem dosažení těchto cílů pracují vývojáři letadel a motorů na zlepšování aerodynamiky i hmotnosti letadla, paliva a hnacích agregátů. V nich tkví v současné době největší potenciál k dosažení ambiciózních čísel. Relevantní jsou zejména dvě fyzické akční veličiny: stupeň účinnosti posuvu a tepelné účinnosti. Nové nízkotlaké systémy pomáhají zvýšit obtokový poměr, a tím generovat větší tah proudového motoru při nižší spotřebě. Vývojáři dosahují teoretických limitů tepelné účinnosti mimo jiné vyššími tlaky, teplotami nebo účinností komponent pomocí nových typů vnitřních proudových motorů – převládají zde teploty přes 2 000 °C. Aby se snížila tvorba a šíření hluku, mění mimo jiné lopatky svůj tvar, a mění se i počet jednotlivých lopatek turbíny.

Přesné frézování titanového oběžného kola z plného materiálu na stroji Hermle C 42 U MT dynamic. (Zdroj: Hermle)

Stále rostoucí zatížení

Složitější geometrie, vyšší tlaky a kritičtější teploty – každé zvýšení účinnosti motoru také znamená větší namáhání komponent hnacího agregátu, a tím i materiálů a výrobních procesů. Společnost Maschinenfabrik Berthold Hermle AG je známá svými vysoce přesnými frézovacími stroji a obráběcími centry. V roce 2010 představil tento specialista na třískové obrábění svůj první MT (Mill-Turn) stroj, C 42 U MT. „To byl první podnět pro velký vstup do leteckého průmyslu,“ vzpomíná Martin Wener, vedoucí divize Key account management u firmy Hermle. „V minulosti jsme se na toto odvětví nijak zvlášť nezaměřovali, i když naše frézovací stroje už předtím samozřejmě používali výrobci hnacích agregátů.“ Díky technologii MT rozšířila společnost Hermle svůj okruh uživatelů a nyní oslovuje i vývojáře hnacích agregátů, takže dnes tvoří letecký průmysl dvoucifernou procentní hodnotu z celkového obratu firmy.

Reklama

Wener vidí tajemství úspěchu v koncepci stroje: „Těleso, které soustružíme, můžeme při obrábění naklápět. Ve srovnání s původními soustruhy tak máme obrovskou výhodu.“ Díky simultánnímu naklápění mohou uživatelé používat kratší, a tím tužší nástroje. Navíc lze i složité obrysy obrábět jen jedním nástrojem. „Naši uživatelé tak potřebují méně nástrojů, které jsou navíc dostupné ve standardním sortimentu. Značně jim to ušetří investiční náklady,“ vysvětluje Wener.

Rozhodující jsou rovněž aspekty přesnosti, stability a dlouhodobé přesnosti. „Jedna konstrukční řada hnacího agregátu se vyrábí velmi dlouho – až 20 let. Proto výrobci od našich strojů očekávají stejně tak dlouhou přesnost a spolehlivost, až do posledního dílu,“ říká Wener. „Je to speciální výzva, protože na našich zařízeních se provádí vysoce komplexní pětiosé obrábění obtížně obrobitelných materiálů, jako je inconel nebo námi vyvinuté vysoce tepelně odolné materiály.“ Zatímco pro všechna odvětví je důležitá dostupnost náhradních dílů, pro letecký průmysl je naopak zásadní shodnost strojů. „Zejména když projekt trvá několik let, můžeme na přání zákazníka zaručit, že každý stroj vyrobený a dodaný v tomto časovém období bude identický s ostatními. Bez ohledu na to, zda během této doby došlo k aktualizaci softwaru, nebo hardwaru,“ vysvětluje Wener. Zde má standardní koncepce Hermle výhodu oproti speciálním strojům.

Modul ventilátoru představuje komplexní tvarovou geometrii ve velkých rozměrech. Obráběno na stroji C 62 U MT dynamic. (Zdroj: Hermle)

Jeden stroj, dvě metody

Hermle aktuálně nabízí tři stroje řady High-Performance-Line jako verze MT: C 42 U, C 52 U a C 62 U. Pomocí nich výrobce strojů umožňuje simultánní soustružení obrobků až do průměru 1 200 mm a výšky 900 mm. Maximální hmotnost dílce při soustružení nesmí překročit 700 kg (C 42 U MT), 1 000 kg (C 52 U MT) nebo 1 500 kg (C 62 U MT) – to jsou obrovské hmotnosti, které se uvádějí do rotace. Pro soustružení je proto zásadní tuhá konstrukce strojů, kterou mají především stroje Hermle. Kvůli aplikacím aerospace naopak upřednostnili vývoj hydraulického předpětí ložisek. „Vřeteno je nejslabším článkem v celém systému. Proto jsme vyvinuli vyztužení závislé na otáčkách,“ vysvětluje Martin Wener. Řízení stroje automaticky přizpůsobí zatížení ložisek. Při nízkých otáčkách je systém vřetena značně tužší – tedy přesně tehdy, když stroj obrábí obtížně obrobitelné materiály. Za tímto účelem jsou ložiskové sestavy při nízkých otáčkách navíc napájeny hydraulickým tlakem. Při vyšších otáčkách se hydraulický tlak sníží tak, aby předpětí ložisek určoval již jen balík pružin.

Top modelem řady High-Performance-Line je obráběcí centrum C 62 U MT dynamic. Efektivně a vysoce dynamicky dokáže obrábět dílce o hmotnosti až 2,5 tuny. (Zdroj: Hermle)

Senzory pro provozní bezpečnost

Při třískovém obrábění komponent hnacích agregátů je navíc zásadní monitorování procesu. Pokud by se hnací agregát později poškodil, mohlo by to mít katastrofální následky. O to důležitější je nepřetržitá dokumentace jednotlivých výrobních kroků. „Příkladem je monitorování chladicího maziva. Poskytuje důkaz, že během vrtání bylo vždy přítomno chladicí mazivo. Pokud by došlo k přerušení toku chladicího maziva, mohlo by lokálně dojít k vysokému vývinu tepla, a tím ke změnám ve struktuře materiálu. Při pozdějším provozu by hrozilo riziko selhání při vysokém zatížení,“ vysvětluje Wener. K tomu účelu jsou v obráběcích strojích zabudované senzory, které zaznamenávají tlak a průtok ve vnitřním okruhu chladicího maziva. Data, která monitorování procesu vygeneruje, jsou potom uschována spolu s hotovým dílem.

K dílům patří například blisky. Slovo je zkratkou anglického „Blade Integrated Disk“ a označuje komponentu hnacího agregátu, která významně snižuje montážní, a tím i finanční náklady a hmotnost: Místo montáže jednotlivých lopatek (blades) na disk jsou profily frézovány z plného materiálu. Doba obrábění je až 20 hodin. Výzvou je při tom správná strategie obrábění – dlouhé lopatky nesmí během obrábění vibrovat. Kromě toho dochází k opotřebení nástroje. Zde uživatelé těží z automatizace. Opotřebení nástrojů je při obrábění obtížně obrobitelných materiálů velmi vysoké. Bezobslužná výměna nástroje často znamená výrazné zvýšení efektivity. Pro automatické osazování obráběcích center stačí kvůli dlouhým časům obrábění jen jeden výměník palet.

Obtížně třískově obrobitelné materiály, velké průměry a malé tolerance. Hermle vyrábí skříně turbín z titanu na stroji C 62 U MT dynamic. (Zdroj: Hermle)

Na konci procesu drží výrobci hnacích agregátů v ruce blisk v hodnotě téměř 100 000 eur, který je až na dokončování za účelem zhutnění povrchu připravený k montáži. Avšak nepřesvědčuje jen výsledek obrábění. „Často dostáváme zpětnou vazbu od zákazníků, že je o ně u nás velmi dobře postaráno,“ vypráví Martin Wener. Začíná to pečlivým zpracováním požadavků zákazníků a pokračuje přes aplikační technologii Hermle, která poskytne rychlé rady, společně s uživatelem vyvine řešení a v krátké době také provádí zkušební frézování, až po servis, který je často považován za měřítko ve výrobě obráběcích strojů.

Související články
Zlatá medaile pro prof. Kassaye

Po dvouleté pauze, zapříčiněné hygienickými opatřeními ke snížení šíření pandemie koronaviru, se opět otevřely brány MSV v Brně, v rámci kterého se udílejí i ocenění Zlatých medailí. A to jak vystaveným exponátům, tak tradičně, již od roku 2006, díky iniciativě redakce našeho časopisu, také ocenění osobnosti za její celoživotní tvůrčí technickou práci a dosažené inovační činy.

Soumrak strojírenských bohů

Až do nedávné doby, dalo by se říci před covidem, bylo jednání některých tradičních firem vyrábějících obráběcí stroje bez pokory, a někdy hraničilo až s arogancí. Jednání bez úcty nejen vůči zákazníkům (což zní přímo drze), ale také vůči partnerům dodávajícím subdodávky, vysokým školám a také spolupracujícím partnerům. Mají za sebou přeci tradici desítek let, kdo jim bude co radit, jak mají jednat a dělat. Nikdo přeci. A nyní? Padla kosa na kámen a otupila se, možná se i pokřivilo ostří.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Související články
Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pavel Sobotka: Příležitost je nutné v pravý čas chytit za pačesy

Píšeme první kapitolu knihy příběhů, v níž chceme představit úspěšné české podnikatele, kteří něco dokázali a kteří se za svou práci rozhodně nemusejí stydět. I když v České republice má slovo „podnikatel“ spíše pejorativní význam – a zasloužili se o to tzv. „rychlí podnikatelé“, kteří ostrými lokty dokázali rychle zbohatnout na úkor ostatních –, tento seriál ukazuje druhou stranu mince. Nápad, záměr, tvrdá práce, stanovení filozofie firmy, vztah k lidem. Pro mnohé to nebylo jednoduché a my chceme představit právě ty, kteří svou usilovnou prací dokázali, že Česká republika má stále na to, aby se pohybovala na špičce nejen v technologiích, ale i v managementu. Nechť vám tento seriál slouží jako příklad toho, jak nelehká cesta na samotný vrchol v určitém oboru mnohdy vede.

Obráběcí stroje pro produkční výrobu

Po sérii článků v minulém vydání se v posledním poohlédnutí po letošním hannoverském veletrhu EMO věnujeme důležité oblasti, a to jednoúčelovým strojům. I v letošním ročníku byla část expozic věnována této komoditě pro produkční výrobu a my se podíváme, co trh zákazníkům nabídl. Proč? Menším dílem proto, že se jim dlouhá léta autor (nejen) profesně věnuje, dílem podstatným proto, že jsou na nich „bytostně“ závislé veškeré obory nejen strojírenské či technické, ale i stavebnictví, telekomunikace, zdravotnictví a další.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Veletrh obrábění v novém pojetí

Máme za sebou (doufejme) vynucené období veletržního půstu. Mezi průkopníky, kteří se v oblasti strojírenství rozhodli nepříjemnou realitu téměř roku a půl změnit, patří společnost Ceratizit, která se svými partnery uspořádala v technickém centru třídenní akci nazvanou Veletrh obrábění. Pojďme se podívat, jak to zde vypadalo.

Fórum výrobních průmyslníků

Jak máte obsazeny výrobní kapacity pro druhé pololetí roku 2021 (příp. ve srovnání se stejným obdobím roku předešlého), co tento stav nejvíce ovlivňuje a jak odhadujete výhledy ohledně svých zakázek pro rok 2022?

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Pozitivní myšlení

Pozitivní nálada je nejvýznamnějším předpokladem pro zvládání náročných životních situací. Je možné si pozitivní přístup trvale udržet, pokud je náš osobní i pracovní život dlouhodobě v ohrožení? Existuje recept, jak si životní optimismus naordinovat?

E-commerce posouvá logistiku do vyšší dimenze

S rozvojem elektronického obchodování zaznamenala logistika velké změny. Dalším zlomovým okamžikem byl příchod pandemie na začátku tohoto roku, kdy e-shopy a logistické společnosti poskytující služby pro e-commerce musely prakticky den ze dne změnit své obchodní jednání, včetně logistiky. Proč se to jako jednomu z mála segmentů ekonomiky úspěšně podařilo a dále daří, jaké jsou nové trendy a jaký potenciál má umělá inteligence a další moderní technologie v logistickém byznysu? MM Průmyslové spektrum nad těmito tématy diskutovalo se zakladatelkou Zásilkovny a výraznou osobností české e- commerce Simonou Kijonkovou.

V on-line byznysu chybí lidská chemie

Online platforma se i díky pandemii koronaviru stala hitem posledních tří měsíců. Někteří podnikatelé dokonce tvrdí, že se velká část byznysu a obchodování přesune do online prostředí. Bude tento fenomén přetrvávat, změní se konečně české montovny na podniky s přidanou hodnotou, a proč by Čechům mohla i krize prospět? Na to jsme se zeptali ekonoma a člena Národní ekonomické rady vlády Lukáše Kovandy.

Nahrajeme si vědomí do počítače?

Profesor kybernetiky Michael Šebek nevylučuje svoji přítomnost v jiném, uměle vytvořeném prostoru. Průmysl 4.0 chápe jako zásadní a přelomovou změnu a současné školství nás na budoucnost nepřipraví. Firmám radí „nechte své zaměstnance tvořit nesmysly“‎.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit