Schnelle Verfügbarkeit und hohe Auslastung

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Text: Thomas Masuch

Der Energie-Sektor ist generell einer der wichtigsten Absatzbranchen für den KSB-Konzern: Die Pumpen und Armaturen des Unternehmens finden sich sowohl auf Ölbohrinseln als auch in Kernkraftwerken. Und damit entsteht auch der Bedarf für die Additive Fertigung: Denn zum einen besteht ein kontinuierlicher Bedarf nach Ersatzteilen, auf der anderen Seite werden bei neuen Projekten oft kurze Lieferzeiten benötigt.

Ein Großteil der AM-Produktion bei KSB erfolgt für den eigenen Bedarf: Rund 60 Prozent der metallisch gedruckten Bauteile werden als Ersatzteile für die eigenen Pumpen und Armaturen verwendet. Dabei ist die Auswahl der infrage kommenden Komponenten alles andere als trivial: KSB hat rund 1.000 unterschiedliche Baureihen im Programm – jeweils mit verschiedenen Größen. „Da ist es schon eine gewisse Herausforderung vorzuselektieren, bei welchen Ersatzteilen der 3D-Druck eine vernünftige Option wäre“, erklärt Stephan Braun, der bei KSB als Business Development Manager Additive Manufacturing tätig ist. Wenn dann zum Beispiel Anfragen zu bestimmten Ersatzteilen kommen, treffen die Servicemitarbeiter im Ersatzteilwesen die erste Auswahl. „Die sind auch in Bezug auf die Möglichkeiten des 3D-Drucks geschult und kennen unsere bereits umgesetzten Projekte.“ 

Bei KSB ist der 3D-Druck schon seit mehr als einem Jahrzehnt ein Thema. 2014 hatte sich das Unternehmen den ersten 3D-Drucker angeschafft, 2018 eine eigene AM-Produktion, die auf den metallischen 3D-Druck ausgerichtet ist, eröffnet. Inzwischen arbeiten hier 17 Beschäftigte unter der Marke „KSB SupremeServ – Parts On Demand“, darunter Bediener, Ingenieure und Abwickler. Der Maschinenpark umfasst über 10 Pulverbettanlagen verschiedener Größen, sowie ein akkreditiertes Labor und Peripherie zur Nachbearbeitung. 

Die passende Auswahl

Aufgrund der klaren Fokussierung auf den 3D-Druck von Metall rücken bei der Auswahl geeigneter Ersatzteile diejenigen in den Fokus, die sonst gegossen werden, erklärt Braun, der den Aufbau der AM-Abteilung von KSB von Anfang an mitbegleitet hat. Dabei muss der 3D-Druck mit dieser traditionellen Herstellungsmethode, die im Bereich der Standardmaterialien oft noch preisgünstiger ist, konkurrieren, erklärt Braun. „Man kann aber auch sagen, dass alles, was Kanäle hat, gut für den 3D-Druck ist – denn hier kann der 3D-Druck seine Stärken ausspielen.“ Ein weiterer Faktor ist eine schnelle Lieferzeit: Wenn Bauteile zeitnah benötigt werden, weil sonst Teile der Produktion ausfallen, sei ein etwas günstiger Preis beim Gießen meist nicht entscheidend. Um eine möglichst kundenfreundliche Lösung zu finden, werden manchmal auch beide Fertigungsmethoden kombiniert: „Bei einem Projekt haben wir die ersten beiden Laufräder 3D-gedruckt, die weiteren dann gegossen.“

Auch der Bereich „Additive Forschung und Entwicklung“, der seit 2014 mit eigenem Equipment an diversen AM-Themen forscht, gehört zum Verantwortungsbereich von Marco Linhardt, Leiter der Produktion Additive Fertigung. Hier werden zum Beispiel neue AM-Technologien geprüft und bewertet oder Bauteile optimiert. „Denn bei bisherigen Ersatzteilen, deren ursprüngliches Design 1zu1 auch im 3D-Druck verwendet wird, sind zum Beispiel die Wandstärken an die Anforderungen für das Gießen ausgelegt.“ Beim 3D-Druck könnten sie dünner sein, so dass die Laufräder am Ende nur ein Drittel des bisherigen Gewichts haben. Aber neue Designs müssen u.a. hydraulisch geprüft und freigegeben werden, das sei mitunter ein zeitraubender Prozess. 

Für Ölplattformen, Kernkraftwerke und H2-Tankstellen

Neben den Ersatzteilen für den KSB-Bedarf, hat Marco Linhardt mit seinem Team bereits eine Vielzahl von Projekten für Kunden aus unterschiedlichen Industriebereichen gemeistert. Ein Beispiel sind 14 Laufräder, die für die Instandsetzung von zwei Hochdruckgliederpumpen der HVR-Baureihe auf der von Equinor betriebenen Snorre-Ölplattform in der norwegischen Nordsee benötigt wurden. Dabei wurde auf Kundenwunsch der ehemaliger Duplex Stahl durch einen für Meerwasser beständigere Nickelbasislegierung (Inconel 625) ersetzt. Die Laufräder mit einem Durchmesser von 409 mm wurden auf einer EOS 400-4 in jeweils 76 Stunden additiv gefertigt. Statt einer für den Gießprozess üblichen Lieferzeit von 6 bis 8 Monaten konnte KSB die Laufräder bereits nach 9 Wochen bereitstellen. 

Ein weiteres Beispiel sind vier Komponenten für eine Testpumpe mit einer Förderleistung von mehreren Litern pro Sekunde, die innerhalb weniger Wochen geliefert wurden. Die Pumpe, die in einem neuartigen Small Modular Reactor (SMR) von Naarea zum Einsatz kommen soll, hat dabei eine geplante Betriebstemperatur von rund 500 °C. Im Bereich Kernenergie hat KSB zudem eine Entwicklungskooperation mit Framatome und liefert Bauteile für ein Kernfusionsprojekt über Bayern Innovativ. Daneben hat KSB auch mit Blykalla, einem schwedischen Entwickler kleiner modularer Kernreaktoren vereinbart, Spezialpumpen für die Sealer-Technologie von Blykalla zu entwickeln. „Bei solchen Entwicklungsprojekten kommt AM fast zwangsläufig zum Einsatz, weil die neuartigen Designs anders meist gar nicht mehr umgesetzt werden können“, erklärt Linhardt.

Extremen Bedingungen wie hohem Druck müssen auch die Wärmetauscher für Wasserstofftankstellen standhalten. Die Wärmetauscher dienen dem Vorkühlung von Wasserstoff auf bis zu -40 °C zur Verkürzung der Betankungszeit, wobei Betriebsdrücke bis zu 875 bar erreicht werden. Die sehr kompakt und druckfest konstruierten und 3D-gedruckten Wärmetauscher sind für einen Druck bis 1.050 bar ausgelegt, haben aber bei Tests an der Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Berlin sogar Drücken über 5.000 standgehalten, „bis sie immer wieder an der gleichen Stelle gebrochen sind“, wie Braun berichtet. „Das spricht für die Qualität des Bauteils und der Fertigung.“ Die Wärmetauscher liefert KSB an den Spezialisten Funke, der zum Hydac-Konzern gehört.