31. JULI 2016

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Permanente Revolution


Schneiden und Schweißen

Gerade einmal neun Jahre ist es her, dass die Meyer Werft gemeinsam mit Gräbener Maschinentechnik und weiteren Projektpartnern den Schiffbau revolutionierte – mit Licht.

Mittels des Laser-Hybrid-Verfahrens werden seitdem vollautomatisch und höchst zuverlässig Bodenpaneele und Wände für Kreuzfahrtschiffe erst quer, dann längs zusammengeschweißt, Schiffsdecksektionen bis zu einer Größe von 400 m² quasi am Fließband gefertigt. Jetzt wird die ›Revolution‹ fortgeführt: mit einer neuen Anlage, die Schiffsdecksektionen bis 750 m² fertigen kann.

Luxus hat Konjunktur

Der Bau von Kreuzfahrtschiffen boomt der Wirtschaftskrise zum Trotz; jedoch ist dieser Markt hart umkämpft – für die Meyer Werft GmbH Anlass genug, mit einem 80-Millionen-Euro-Investitionspaket die Stahlvorfertigung auszubauen. Neueste Fertigungstechniken im Laserbereich wurden entwickelt und installiert, um der Konkurrenz wieder eine ›Buglänge‹ voraus zu sein.

Als sich die Meyer Werft im April 2008 entschloss, eine weitere Fertigungslinie zu bauen, sollte diese – wie die bestehende – 20 Meter breite Decksektionen fertigen. Aber im Sommer des Jahres wurden aus 20 Metern Breite 30 Meter, aus 400 m² maximaler Decksektionsgröße 750 m². Warum?

»Sonst wäre das weder für Meyer noch für Gräbener technisch anspruchsvoll«, schmunzelt Hermann Lembeck, Betriebsleiter der Meyer Werft Laserzentrum GmbH. Sicherlich auch richtig, denn sowohl Konstruktion als auch Fertigung der beiden Lasertraversen waren schon eine technische Herausforderung, wie Dieter Kapp, für den technischen Bereich zuständiger Geschäftsführender Gesellschafter der Graebener Group, zu der Gräbener Maschinentechnik gehört, zugibt. »Jede Längstraverse hat eine Breite von 43,5 Metern. Um sie transportieren und montieren zu können, bestehen sie aus drei Teilen. Die biegen sich unter Betriebslast nur um 0,75 mm durch, obwohl jede 73 Tonnen auf die Waage bringt.«

Der Hauptgrund für die Verbreiterung der Vorproduktion ist jedoch ein anderer: Bauen die Emsländer ohnehin bereits seit 2008 Schiffe der Post-Panamax-Serie, so sparen sie mit den größeren Paneelen Teilungen – und damit Material, Gewicht, Treibstoff et cetera. Wie in der Automobilindustrie müssen auch im Schiffbau Material und Gewicht gespart werden, um die Betriebskosten so gering wie möglich zu halten. Möglich macht das die Technik der ›Tailor Welded Plates‹ (TWP), also das Zusammensetzen der Paneele aus Blechen unterschiedlicher Materialien und gegebenenfalls aus unterschiedlichen Dicken, je nach Anforderungen – zum Beispiel aus der Statik des Schiffsrumpfes.

»Sie ist die größte!«

Um die Machbarkeit des neuen ›Übermaßes‹ abzustimmen, war die Gräbener Maschinentechnik GmbH in Netphen-Werthenbach einer der ersten Ansprechpartner. Nicht nur, weil die Siegerländer bereits die bestehende und äußerst zuverlässig arbeitende Anlage installierten, sondern auch, weil die TWP-Anlage von Gräbener die Basis der neuen, vergrößerten Vorfertigung in Halle 10 bei Meyer ist. Hier kommen die Einzelbleche an, hier werden ihre Kanten gefräst, um sodann zu großen Stahlplatten zusammengeschweißt zu werden – selbstverständlich vollautomatisiert.
»Die TWP-Anlage ist die größte ihrer Art weltweit«, erklärt Dieter Kapp. Nicht wahrscheinlich, nicht vielleicht: »Sie ist die größte!«

Mit ihren beiden Fräs- und Schweißportalen sowie dem Blech-Handling, das die Dornieden Anlagentechnik GmbH als Subunternehmer aufbaute, verteilt sich die insgesamt rund 1400 Tonnen schwere Anlage auf einer Fläche, auf der in deutschen Großstädten ein Dutzend Reihenhäuser nebst Grundstücken entstehen: rund 2300 m² – viel Platz, um 750 m² große Stahlplatten herstellen zu können. Als Partner für das Schweißen holte sich Gräbener die Laser-Experten des Marktführers Trumpf ins Boot.

»Das Laserschweißen ist einfach die schnellere und präzisere Technik«, weiß Hermann Lembeck aus Erfahrung. Sich auf sie verlassen zu können, sei ein enormer Produktionsvorteil. Schließlich würden pro Jahr auf der Werft mit allen Anlagen 1300 km Lasernähte geschweißt, mit einer Gesamtleistung von 104 KW. Konkret setzt die Papenburger Werft zum Schweißen wie bereits in der bisherigen TWP-Anlage auf das von ihr selbst zur Produktionsreife gebrachte Laser-Hybrid-Verfahren. Mit Hilfe eines MIG-Brenners wird die Nahtkante aufgeschmolzen und Zusatzwerkstoff aufgebracht. Der unmittelbar nachlaufende Brennfleck des Klasse-4-Lasers sorgt durch den Tiefschweißeffekt für das Durchschmelzen bis zur Nahtwurzel. Der Laser stellt so mit geringen Nahtöffnungswinkeln eine Schweißverbindung her, die so gut ist wie eine durchgeschweißte konventionelle Naht mit Wurzelverschweißung, sodass die Bleche nur von einer Seite geschweißt werden müssen. Was einmal mehr Zeit und Geld spart. Beispielsweise würde bei einer Schweißnaht von 30 Metern Länge und einer Blechdicke von 10 mm das Schweißen der Naht 20 Minuten in Anspruch nehmen. Könnte das Schweißen nicht in einem Arbeitsschritt erfolgen, müsste das Paneel gewendet werden. Ein erheblicher Mehraufwand, der mit größer werdenden Vorfertigungseinheiten (Blöcken) und größer werdenden Paneelen ohnehin immer schwieriger, wenn nicht unmöglich wird.

Das Laser-Hybrid-Verfahren hat weitere Vorteile: Die Schweißgeschwindigkeit ist wesentlich höher gegenüber einem reinen MIG-, aber auch gegenüber einem reinen Laserschweißprozess. Der Laser stellt die Verwendung einer MIG-Schweißstromquelle für den Energieeintrag in oberflächennahe Bereiche ausschließlich für die Tiefschweißung zur Verfügung; gegenüber einer reinen Laserschweißung werden so die Energiekosten fast halbiert. Und: Bedingt durch den Tiefschweißeffekt kann der Flankenwinkel auf 6° reduziert werden, womit die Zusatzdrahtmenge gegenüber konventioneller Schweißtechnik enorm reduziert werden kann. Last, not least führt die Verringerung des Winkels zu einer deutlichen Reduzierung des Energieeintrags und damit des Verzugs am fertigen Paneel.

Exakte Ergebnisse in kurzer Zeit

Zur Praxis. Am Anfang ist das Blech für Schiffbauverhältnisse noch klein: ›nur‹ bis 3300 mm breit und bis 12000 mm lang. Am Rande der alten Vorfertigungshalle der Meyer Werft werden die Rohbleche mit zum Teil unterschiedlichen Dicken aufgelegt. Oberste Prämisse: Die Paneele sollen so dünn wie möglich und nur so dick wie nötig werden. Für den perfekten Übergang zwischen den einzelnen Platten sorgt Gräbener mit einer optimalen Schweißkantenvorbereitung, wobei jeweils zwei Bleche gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit bis 8 m/min bearbeitet werden.

Das jeweils erste Blech wird durch die Querfräse hindurch auf die Auslaufseite gefördert. Dort wird es mittels 3D-Kamerasystemen positioniert und gespannt. Ein zweites Blech wird auf der Einlaufseite ebenfalls exakt positioniert und gespannt, sodass der Fräskopf nun beide Bleche bearbeiten kann. Auf diese Weise bekommen die Bleche eine exakt aufeinander abgestimmte Schweißnahtvorbereitung. Unmittelbar danach werden die beiden Bleche zusammengefahren und mittels Laser-Hybrid-Verfahren miteinander verschweißt – hochgenau und fehlerfrei.

Der Hauptgrund für die Makellosigkeit: »In der TWP-Anlage werden die Bleche nicht gelöst, um sie gegeneinander zu fahren«, erläutert Dieter Kapp die Hintergründe, »sondern die komplette Einlaufseite der Maschine wird mit dem weiterhin gespannten Blech zur Auslaufseite verfahren. Das garantiert exakte Ergebnisse und spart Zeit und Geld.« Auch, weil dank des Laser-Hybrid-Schweißverfahrens die wärmebeeinflusste Zone und mit ihr die eingetragene Streckenergie minimiert wird, womit der Verzug der Paneele entscheidend verringert wird. Was letztlich aufwendige und teure Richtarbeiten reduziert und die Montage der Blöcke im Baudock vereinfacht.

Jede Plattenfräse und jede Laserschweißanlage verfügt zur Steuerung über ein eigenes PC-System. Diese sind untereinander über Ethernet mit dem Übertragungssteuerungs-/Internetprotokoll (TCP/IP) verbunden. Ebenfalls über Ethernet sind sämtliche Systeme mit dem Subleitsystem der Meyer Werft verbunden, das alle wichtigen Parameter für den Fräs- und Schweißvorgang liefert. Die Schweißparameter selbst wurden durch umfangreiche Versuchsreihen ermittelt und in Form einer Technologiedatenbank in der Maschinensteuerung hinterlegt. Das Subleitsystem enthält zum einen die Informationen von der kundenseitigen Arbeitsvorbereitung, die diese Parameter aus den CAD-Zeichnungen des Schiffes ermittelt, zum anderen geben die Rechner die Anweisungen an die Anlage zum Fräsen und Schweißen.

Fräsen umweltfreundlicher als Brennen

Wenn aus den Einzelblechen ein ganzer Streifen geworden ist, wird die Längsfräse analog der Querfräse eingesetzt, um aus den einzelnen bis 30 Meter langen Streifen die bis 750 m² großen und 90 Tonnen schweren Decksektionen zu fertigen. Da mit dem ›Tailor-Welded-Plates‹-Verfahren die Forderung verbunden ist, unterschiedliche Einzelbleche in vielfältigen Variationen und Kombinationen zusammenschweißen zu können, passen sich die Auflagetische und die Spannschuhe als auch der Fräs- und der Schweißkopf der Kontur und der Dicke der Stahlplatte an.

Überhaupt bietet das Fräsverfahren einige Vorzüge, beispielsweise gegenüber dem Plasmaschneiden. Unterschiedlichste Nahtformen (zum Beispiel I, Y, V und U) können problemlos erzeugt werden, Schärfung bei Blechdickensprüngen ist jederzeit möglich; durch den Fräsvorgang wird keine Wärme in das Blech übertragen und somit werden keine Spannungen im Werkstück generiert, die Bleche haben nach dem Fräsen eine saubere und metallische Oberfläche. Die Kantenvorbereitung mittels Fräsen ist auch für dickere Platten geeignet, und im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren können die durch das Fräsen erzeugten Späne problemlos recycelt werden.

Fräsen ist ein umweltfreundliches Verfahren. Auch, da die Entstehung toxischer Gase oder auch die Bildung gesundheitsgefährdenden Staubs ausgeschlossen ist. Absauganlagen wie für die konventionellen Brenn- und Schweißverfahren sind nicht erforderlich. Die Blechvorbereitung durch Fräsen wird den Forderungen gerecht, die direkt mit dem Laser-Hybrid-Schweißen verbunden sind: unter anderem die hochgenaue und reproduzierbare Blechkantenvorbereitung entsprechend der vorgegebenen Kantenform sowie eine nahezu gratfreie Bearbeitung dank ausgeklügelter Anordnung der Schneidplatten im Fräswerkzeug.

Man muss also kein Experte sein, um zu erkennen, dass die gesamte TWP-Anlage von Gräbener Maschinentechnik auch aus Papenburger Sicht das Prädikat ›revolutionär‹ verdient.

www.graebener-maschinentechnik.de

Deutlich Aufwärts

Ein überwältigendes Echo erntete die Graebener Group von den Leitmessen dieses Frühjahrs. Die Gruppe war mit einem Teil ihrer Unternehmen – etwa Reika und Gräbener Maschinentechnik – auf der Tube sowie der HMI vertreten. »Die Resonanz war großartig«, berichtet Andreas Zimball, Vertriebsleiter von Reika. Die Besucher seien vor allem von der ›Ring Saw‹ fasziniert gewesen, einer neuen Maschinenlinie zum Trennen von Rohren, Profilen und Stangen. Die Menschen gingen 2010 »deutlich positiver und gelöster« an als noch das Jahr 2008, das Jahr der letzten Tube. In diesem Frühjahr sei die Investitionsbereitschaft noch einmal deutlich gestiegen.

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