29. AUGUST 2016

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Wenn die Gondeln Alu tragen


In Hochzeiten stellt die Metalldesign Magdeburg GmbH jede Woche 15 Aluminiumverkleidungen für die Maschinenhäuser von Windenergieanlagen her. Im Jahr 2011 wurden so 15.000 kg Aluminiumschweißdraht verarbeitet – bei Schweißnahtdicken von maximal 3 mm. Eine entsprechend zentrale Rolle spielen die Systeme für das manuelle und mechanisierte Schweißen bei der Erreichung und Aufrechterhaltung einer hohen Produktionseffizienz. Herzstück der Fertigung ist ein robotergestützter Doppelzellen-Schweißautomat, der Aluminiumbleche dank der CMT-Technologie mit 1,2 Metern pro Minute verschweißt.

Hersteller von Anlagen zur Nutzung regenerativer Energien müssen aufgrund der immer größer werdenden Konkurrenz stärker als jemals zuvor auf effiziente Produktionsmethoden achten, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Einen wichtigen Beitrag hierzu leisten bei der Metalldesign Magdeburg GmbH (MDM) seit Jahren Schweißsysteme von Fronius. Sie sorgen für eine hohe Produktivität sowohl beim manuellen als auch automatisierten Schweißen von Aluminiumteilen, die zur Verkleidung von Maschinenhäusern für Windenergieanlagen dienen.

„Aluminium bietet einige Vorteile gegenüber den von anderen Windenergieanlagenanbietern verwendeten glasfaserverstärkten Kunststoffen“, erklärt Dipl.-Ing. (FH) Rudolf Seefeldt, Betriebsleiter der Metalldesign Magdeburg GmbH. „Es ist langlebig, auch ohne besondere brandhemmende, feuerfeste Ausstattung, kann die im Maschinenhaus und somit der Gondel entstehende Wärme optimal ableiten und lässt sich auch problemlos recyceln, insbesondere wenn man wie wir auf eine Lackierung der Oberfläche verzichtet und die gewünschte hochwertige Optik durch Sandstrahlen erreicht.“

Hohe Präzision durch Montagegestelle und den Werkstoff Aluminium

Bis die mehr als ein Dutzend unterschiedlich geformten Baugruppen, die eine Gondel bilden, vom Sandstrahlroboter ihren ‚letzten Schliff‘ erhalten können, sind allerdings einige Montage- sowie umfangreiche Schweißarbeiten erforderlich. Die als Umformteile angelieferten dreidimensionalen Mantelsegmente aus 2,5 mm dünnem Aluminiumblech (AlMg3) werden dazu in der MDM-Werkshalle auf entsprechenden Montagegestellen fixiert, bei Bedarf durch Spanten verstärkt und mit Clinch-Verbindungen an ihren Flanschen zu Baugruppen verbunden. Anschließend werden per Hand untergeordnete und nicht von außen sichtbare Nähte auf der Innenseite der Baugruppen im MIG-Impulsschweißverfahren mit AlMg4,5Mn0,7-Schweißdraht geschweißt. „Die Gestelle garantieren zusammen mit dem Werkstoff Aluminium eine hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit, so dass die bei uns gefertigten Baugruppen problemlos untereinander kombiniert werden können“, erläutert der MDM-Betriebsleiter.

Nachdem die Baugruppen derart vorbereitetet wurden, werden alle Längsnähte und die Sichtnähte auf der Außenhaut der Gondelsegmente von einem Doppelzellen-Schweißautomaten geschweißt. Während in der einen Roboterzelle das auf einem Hilfsrahmen aufgespannte Bauteil geschweißt wird, erfolgt in der Nachbarzelle das Aufspannen einer anderen, vormontierten und gehefteten Baugruppe zum späteren Schweißen. Nach Beendigung der Schweißarbeiten in der ersten Zelle fährt der Ständer der Roboteranlage mit der gesamten Schweißausrüstung in den Bereich der zweiten Zelle und führt dort den programmierten Schweißzyklus aus. Auf diese Weise wird immer abwechselnd in einer Zelle geschweißt, während das nächste Werkstück in der zweiten Zelle für den Schweißvorgang vorbereitet wird. Damit ist eine hohe Auslastung des Schweißroboters sichergestellt, wobei die Schweißzeit je nach Baugruppe zwischen 23 und 59 Minuten beträgt.

Vorteile von CMT und Impulsprozess in einem System

Der Schweißroboter ist mit einer CMT-Schweißstromquelle von Fronius ausgerüstet, die es erlaubt, den fortschrittlichen Cold-Metal-Transfer-Prozess (CMT) mit einem konventionellen Impulsprozess zu kombinieren. „Das ist für uns ganz wichtig, da wir die 6 mm dicken Spanten mit dem 2,5 mm dicken Mantelblech mit eine Kehlnaht verschweißen müssen“, begründet Dipl. Ing. (FH) Jörg Weise, verantwortlicher Schweißfachingenieur bei der Metalldesign Magdeburg GmbH, die Wahl des Schweißprozesses. „Dank der Kombination dieser Prozesse profitieren wir vom kontrollierten Wärmeeintrag sowie der hohen Prozessstabilität, die der CMT-Prozess bietet, und dem höheren Einbrand, der den Impulsbogen auszeichnet.“ Etwa 85 % der Schweißzeit schweißt der Roboter im kombinierten Prozess, den Rest im reinen Impulsbetrieb.

Vor der Anschaffung des Schweißroboters zogen die Verantwortlichen bei MDM anfänglich auch das Laserschweißen als mögliches Schweißverfahren in Betracht. Der Gedanke wurde aber schnell wieder verworfen, wie der Schweißfachingenieur des Unternehmens verrät: „Es hat sich einfach herausgestellt, dass Laserschweißen nur etwas für den Großserienbau ist und das maximale Spaltmaß laut Expertenaussagen bei 0,15 mm liegt – eine Dimension, die selbst im Flugzeugbau nur mit Aufwand zu erreichen ist. Als wir dann auf den CMT-Prozess gestoßen sind, haben wir schnell festgestellt, dass die Spaltüberbrückbarkeit wesentlich höher ist und der Prozess auch sonst besser auf unsere Aufgabenstellung zugeschnitten ist.“

Automatisiertes Schweißen von Kehlnähten mit 1,2 m/min

Da sich Form und Verlauf der Schweißnähte auf Grund der Größe der Bauteile von Baugruppe zu Baugruppe geringfügig unterscheiden können, wurde der Roboter mit einem Laser-Sensor-System ausgestattet, das die Lage und Form der Schweißnaht eigenständig erkennt und ein adaptives Schweißen der Nähte ermöglicht.

„Unter dem Strich erreichen wir so, dass wir mit dem Roboter Bördelnähte, wie sie am Stoß zweier Segmente mit ihren Flanschen am Rand auftreten, mit einem Meter in der Minute und Kehlnähte mit 1,2 m/min bei einer Drahtfördergeschwindigkeit von 8 m/min schweißen können“, unterstreicht der MDM-Schweißfachingenieur. „Selbst Spaltmaße von 3 mm stellen für die Anlage kein Problem dar und erfordern keine Nachbearbeitung, seitdem wir CMT in Kombination mit Adaptivschweißen nutzen.“

Eine hohe Schweißgeschwindigkeit ist dabei sowohl beim mechanisierten als auch beim manuellen Schweißen von Aluminium von großer Bedeutung. MDM verwendet Aluminium, das nach dem Abwickeln vom Coil und vor dem Zuschneiden des Blechs noch einmal durch ein Reckverfahren kaltverfestigt wird und so eine Dehngrenze Rp 0,2 von 120 MPa erreicht. Die beim Schweißen eingebrachte Wärme führt normalerweise zu einer nicht erwünschten Entfestigung in der Wärmeeinflusszone. „Dass wir in der Wärmeeinflusszone keine nennenswerte Entfestigung haben, hat ganz wesentlich mit der erreichten hohen Schweißgeschwindigkeit zu tun. Das gilt insbesondere für das Handschweißen aber auch für das automatisierten Schweißen, bei dem zusätzlich noch der CMT-Prozess einen wichtigen Beitrag leistet“, unterstreicht Jörg Weise. „Nach meiner Erfahrung lässt sich für das Schweißen von Aluminium allgemein festhalten: Je schneller, umso besser. So hilft eine hohe Schweißgeschwindigkeit auch dabei, das Problem der vorlaufenden Schweißwärme und damit Verformungen und Verzüge zu minimieren.“

Längsnähte ohne Pilgerschritt und Schweißreihenfolge

Die hohe Geschwindigkeit, die der CMT-Prozess ermöglicht, erlaubt es sogar, auf hergebrachte Schweißreihenfolgen zu verzichten, wie der MDM-Schweißexperte erfahren hat: „Anfangs haben wir noch ganz nach Lehrbuch gearbeitet: Längsnähte von innen nach außen und im Pilgerschritt schweißen. Mittlerweile haben wir das komplett über den Haufen geworfen und fangen selbst bei einer sechs Meter langen Bördelnaht vorne an und schweißen einfach ohne abzusetzen bis zum Ende durch.“

Seit der Inbetriebnahme des Roboters Anfang 2008 ist es den Verantwortlichen durch kontinuierliche Fortentwicklungen gelungen, die Bearbeitungsprozesse so zu optimieren, dass heute während 70 bis 85 % der Programmlaufzeit der Lichtbogen brennt. „Damit ist eigentlich das Optimum erreicht. Eine weitere Beschleunigung verhindern die Zustellbewegungen des Roboters, der alleine schon wegen der bewegten großen Massen seine physikalischen Grenzen erreicht hat“, begründet Jörg Weise.

Zuverlässig und wartungsfreundlich

Damit die erreichte hohe Produktivität möglichst nicht durch ungeplante Stillstände beeinträchtigt wird, führen die MDM-Techniker jede Woche vorbeugende Wartungsarbeiten durch. „Die von uns eingesetzten MIG-Schweißsysteme haben sich dabei als besonders wartungsfreundlich erwiesen. Wir setzen seit 2005 für MIG-Schweißen ausschließlich Lösungen von Fronius ein. Sie haben sich, wie die CMT-Stromquelle, im Einsatz als sehr robust und zuverlässig erwiesen“, urteilt der MDM-Betriebsleiter abschließend.

Und wenn doch einmal ein Problem mit Geräten auftritt, garantiert der offizielle Fronius-Händler vor Ort, extrem kurze Reaktionszeiten: Die MSS Magdeburger Schweißtechnik GmbH führt Reparaturen in der eigenen Werkstatt durch und bietet darüber hinaus ein umfangreiches Komplettangebot. „Bei MDM haben wir beispielsweise nicht nur die Schweißsysteme geliefert, sondern auch die Rauchgasabsauganlage für den Schweißroboter“, konkretisiert Dipl. Ing. Andreas Heydenreich, Geschäftsführender Gesellschafter der MSS Magdeburger Schweißtechnik GmbH.

Datum:
17.02.2014
Unternehmen:
Bilder:

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