Inconel 718 è una lega a base di nichel che resiste a temperature estreme e differenze di pressione, rendendola ideale per l'uso nell'industria aerospaziale. Tuttavia, la sua lavorazione richiede elevate prestazioni da macchine, utensili e dal fluido di raffreddamento e lubrificazione (KSS). Affinché quest'ultimo sia sempre pulito, temperato e disponibile nella giusta quantità, il principale produttore di motori tedeschi MTU Aero Engines ha scelto un impianto centrale di pulizia KSS e smaltimento dei trucioli (ZKSS) di KNOLL.
MTU – queste tre lettere rappresentano nell'aviazione una tecnologia di prim'ordine. L'azienda con sede a Monaco è specializzata nello sviluppo, nella produzione e nella manutenzione di motori civili e militari di tutte le classi di spinta e potenza. Lo stabilimento di Monaco non è solo la sede amministrativa, ma anche un importante sito di produzione.
Qui vengono prodotti, tra l'altro, componenti per i motori a turbina a getto eco-efficiente di Pratt & Whitney, che risparmiano circa il 25% di carburante rispetto ai motori convenzionali.
Questi motori sono molto richiesti, motivo per cui la MTU prevede un aumento del volume di produzione. Una previsione che è stata determinante anche per la costruzione di un nuovo edificio produttivo a più piani, il cui piano terra sarà dedicato, a partire dall'inizio del 2024, alla lavorazione in gran parte automatizzata di dischi per turbine a bassa pressione.
„Per garantire la massima sicurezza del processo in questa nuova produzione, è essenziale, tra l'altro, un approvvigionamento affidabile di KSS pulito e a temperatura esatta“, sottolinea il responsabile del team di officina Zeljko Leovac. „Questo può essere realizzato economicamente solo con un impianto KSS centrale. Se ogni impianto avesse un proprio impianto KSS, lo spazio richiesto nella hall sarebbe troppo grande.“
Già raccolte esperienze positive con impianti centralizzati.
Che l'ordine per un impianto ZKSS di questo tipo sia andato alla KNOLL Maschinenbau di Bad Saulgau ha diversi motivi. Christina Braun, responsabile per l'acquisto del ZKSS e delle macchine di lavorazione per la produzione di dischi di turbina a bassa pressione e oggi project manager, riferisce: "Lavoriamo con successo con i sistemi KNOLL per la pulizia delle emulsioni KSS da 40 anni, inizialmente esclusivamente con soluzioni decentralizzate.
"Da alcuni anni abbiamo installato anche due grandi impianti centrali KNOLL nelle nostre officine di lavorazione del titanio e ne siamo molto soddisfatti."
Nella nuova sala di produzione viene lavorato esclusivamente Inconel 718. "Volevamo recuperare questi trucioli in modo puro e destinarli al riciclo", spiega Christina Braun, una richiesta importante che KNOLL è riuscita a soddisfare, così come le esigenze di una disponibilità tecnica di almeno il 99%, di ridondanza continua e di basso fabbisogno di manutenzione, sostenibilità e minimo utilizzo di spazio.
L'impianto KNOLL è situato in un'ala separata del capannone, in modo da mantenere il più possibile silenziosa l'area di produzione. "Questo si è già dimostrato efficace con gli impianti ZKSS esistenti", sostiene la responsabile del progetto Braun. Su circa 190 m2 si trovano ora il serbatoio di acque reflue da 40 m3 con nastro trasportatore a raschiamento, così come un serbatoio di accumulo di pari dimensioni, per quando sono previsti grandi interventi di manutenzione. Oltre alle pompe, ai filtri e ad altri componenti, è presente anche una stazione automatizzata per i contenitori di trucioli.
Componenti KNOLL sulle macchine utensili
Tuttavia, il servizio KNOLL inizia già nella sala di produzione. Più precisamente, presso i centri di tornitura e fresatura, che i rispettivi produttori di macchine hanno dotato di stazioni di aumento della pressione KNOLL - per un'efficiente fornitura interna di refrigerante (IKZ) degli utensili.
Inoltre, le macchine sono dotate di stazioni di ritorno con frantumatori di trucioli per il trasporto del fluido di raffreddamento e dei trucioli verso l'impianto centrale. Lothar Schmid, responsabile di questo progetto presso KNOLL, menziona:
„I frantumatori utilizzati sono stati progettati specificamente per i trucioli abrasivi di Inconel e testati con trucioli originali.“
Nella progettazione delle stazioni di pompaggio di ritorno, il team di progettazione ha tenuto conto sia dell'altezza di sollevamento fino sotto il soffitto del capannone, sia della quantità di miscela di trucioli di KSS.
Pronti per il futuro
Il nuovo sistema di produzione MTU sarà dotato di due fasi di sviluppo con un totale di otto centri di tornitura e sette centri di fresatura, insieme a un attrezzaggio completamente automatizzato di componenti e utensili. Nella fase attuale, solo la metà della capacità è disponibile. La seconda fase dovrebbe essere realizzata a lungo termine entro il 2036.
L'impianto centrale di KSS è già progettato per la fase finale di sviluppo, con un volume del serbatoio di circa 40 m³ e una portata massima di 3.300 l/min. Inoltre, è installato un secondo serbatoio di dimensioni simili, in cui può essere accumulato l'intero volume di KSS per grandi lavori di manutenzione.
La finezza nominale di filtrazione richiesta di 25 µm viene raggiunta in tre fasi: inizialmente avviene una sedimentazione nel serbatoio delle acque reflue. Attraverso un impianto di sollevamento, il KSS passa poi attraverso tre filtri a tamburo con uno spazio di 0,2 mm e infine due filtri a controflusso, che garantiscono la qualità principale di filtrazione di 25 µm.
Ampia dotazione speciale
Per garantire a lungo termine l'alta qualità del KSS e dei componenti lavorati, sono necessarie componenti aggiuntive. Ad esempio, è installato un filtro a vuoto KNOLL VL1000 con un filtro in fibra da 20 µm, che pulisce il mezzo risciacquato. Anche un separatore centrifugo che opera in bypass è attivo per la manutenzione del bagno. Questo impedisce l'accumulo di particelle fini nel KSS. Un separatore magnetico a valle estrae inoltre i residui di tubazione dal KSS, causati dai trucioli abrasivi in Inconel. È presente anche un separatore di oli estranei, che rimuove componenti indesiderati del lubrificante.
Una buona manutenzione ripaga.
La cura dell'emulsione KSS non comprende solo la filtrazione, ma anche la composizione deve essere esatta. Pertanto, è essenziale prelevare un campione una volta alla settimana e analizzarlo in laboratorio. "Una volta per l'intero sistema di produzione", sottolinea Zeljko Leovac. "Nei sistemi KSS decentralizzati, è necessario prelevare un campione da ogni macchina e, se necessario, effettuare delle regolazioni. L'impianto centrale consente di risparmiare molto lavoro di manutenzione in questo senso."
Il riempimento dell'impianto KSS avviene in modo automatizzato. Viene dosata acqua di rete o acqua deionizzata con concentrato KSS miscelato. Anche altri additivi come fungicidi e antischiuma possono essere aggiunti automaticamente, affinché il KSS rimanga stabile. Secondo l'esperto di produzione Zeljko Leovac, questo è estremamente importante per garantire "una qualità costante dei componenti."
Stazione container per lo smaltimento dei trucioli
Come descritto all'inizio, durante la lavorazione delle pale della turbina a bassa pressione si producono grandi quantità di trucioli. Nel caso dell'Inconel puro, non si tratta di rifiuti, ma di una preziosa materia prima. Pertanto, MTU collabora con un'azienda di riciclaggio che ritira i trucioli, li fonde e li rende nuovamente disponibili come materia prima.
Tra i compiti dei pianificatori degli impianti KNOLL c'era anche quello di garantire che i trucioli separati dal KSS venissero automaticamente riempiti in contenitori speciali forniti da MTU. Poiché il volume di un contenitore non è sufficiente per le 40 ore di funzionamento senza operatore nel fine settimana, è stato necessario realizzare una stazione container in cui più contenitori possano essere riempiti e accumulati automaticamente.
Automazione
"In questo caso, ci sono state utili le esperienze di progetti precedenti", menziona Gerhard Fink, il responsabile delle vendite regionali di KNOLL. "Anche le altre due stazioni centrali presso MTU sono state dotate di una stazione simile, che abbiamo ulteriormente perfezionato e adattato alle attuali condizioni." È stato particolarmente impegnativo rendere facilmente accessibile la stazione di carico e scarico per il carrello elevatore in condizioni di spazio ristretto e mantenere le distanze di sicurezza.
È stato vantaggioso che il team di pianificazione potesse contare anche sul know-how del dipartimento di automazione KNOLL, specializzato in sistemi di trasporto. Di conseguenza, la soluzione implementata si basa su un sistema di trasporto a rulli di accumulo sviluppato da KNOLL, che offre spazio per fino a sette contenitori (una corsia di accumulo per tre contenitori pieni e tre vuoti, oltre a uno spazio nella stazione di riempimento).
Partnership alla pari
Dalla progettazione all'installazione dell'impianto KSS centrale e della stazione container - la collaborazione tra KNOLL e MTU è stata caratterizzata da un grande impegno reciproco. Tutti i partecipanti concordano su questo. "KNOLL ha sempre tenuto conto delle nostre richieste", conferma Christina Braun. Lothar Schmid sottolinea che MTU ha rapidamente rilasciato tutte le approvazioni necessarie e ha fornito i mezzi necessari per implementare rapidamente le soluzioni discusse. Zeljko Leovac è particolarmente soddisfatto di un anno senza interruzioni nella fornitura di KSS: "Da quando è iniziato il riempimento, l'impianto funziona senza problemi. Questo lo apprezziamo molto."
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