Brennschneiden als Hightech-Dienstleistung

Fokus

Ist Brennschneiden altes Eisen, nur noch geeignet zum Zerlegen von altem Eisen? Nein, sagt man bei Jebens, denn dort hat man das Brennschneiden zu einem modernen und wirtschaftlichen Verfahren gemacht.

21. Mai 2012

Das Brennschneiden mit Sauerstoff und Propan hat bereits eine über 100-jährige Tradition. Obwohl es sich um ein sehr altes Verfahren handelt, ist es bis heute aus der Verarbeitung von Stahl nicht wegzudenken. Im Gegenteil: Die Technologie wurde dank der inzwischen verfügbaren Automatisierungstechnik und auch moderner Brennertechnik kontinuierlich weiterentwickelt.

Am Rande des diesjährigen Solinger Brennschneidtages nutzten wir die Gelegenheit, ein Spezialunternehmen zum Thema autogenes Brennschneiden zu befragen. Rede und Antwort stand Jürgen Bosch, Prokurist und Technischer Leiter bei Jebens GmbH in Korntal-Münchingen, einem Tochterunternehmen der Dillinger Hütte. Das schwäbische Unternehmen hat sich neben dem Stahlhandel auch mit der Lieferung von Stahlbau- und -Systemteilen und mit dem Brennschneiden fest im Markt etabliert. 30000 t warmgewalzte Flacherzeugnisse liegen daher ständig in handelsüblichen Güten, Maßen und Dicken auf Lager. Gleichgültig, ob die Bleche für die Auslieferung oder für die Weiterbearbeitung im eigenen Betrieb benötigt werden, eine optimierte Lagerhaltung im flexiblen Mehrschichtbetrieb und eine ausgeklügelte Logistik ermöglichen eine schnelle Abwicklung und kurze Lieferzeiten.

Der Schwermaschinenbau braucht für das einwandfreie Funktionieren von Pressen, Spritzgießmaschinen oder Autokranen nicht nur das spezifische Know-how, das zum Bau dieser Maschinen notwendig ist, er braucht auch Zulieferer von Grundplatten, Gegengewichten oder komplett geschweißten Teilen oder Systemkomponenten, die montagefertig just in time an die Fertigungsstraßen gebracht werden. Die Schweißkonstruktionen, die aus Korntal direkt an die Kunden geliefert werden, entsprechen der Herstellerqualifikation nach DIN 18800-7 Klasse E. Ein effizienter Materialeinsatz und die optimale Funktion sind eine Selbstverständlichkeit. Was nicht von vornherein selbstverständlich ist, sind Preise, die auch wettbewerbsfähig sind. Dem Preisdruck muss auch der Lieferant – in diesem Falle die Jebens GmbH – standhalten können. Neben dem Stahlhandelsgeschäft wurde deshalb der Fertigungsbereich Jebens’ massiv ausgeweitet und modernisiert. Es zeigte sich, dass bereits bei den ersten Fertigungsschritten, dem Zuschnitt der Bleche und der Vorbereitung zum Schweißen, die Produktivität permanent erhöht werden muss. Obwohl der Maschinenpark mit Magnetkrananlagen bis 56 t Tragkraft, mit insgesamt zwölf CNC-Brennschneidmaschinen, die Bleche bis 8000 mm Breite, 20000 mm Länge und einer Dicke von 1100 mm bearbeiten können, als modern gilt, war das noch lange nicht genug, um die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsbereiches zu optimieren.

Ein Roboter für mehr Produktivität

Auch ein propangasbeheizter Schachtofen bis maximal 1000 °C und 40 t Chargengewicht oder eine hydraulische Richtpresse 3500 kN und Durchlaufstrahlanlage bis 2700 mm Breite sind unerlässlich. Aber um den großen Schritt zu mehr Produktivität zu machen, mussten Maßnahmen ergriffen werden, die Rüstzeiten in der Schweißvorbereitung drastisch zu verringern. Die Schweißnahtvorbereitung bietet die Chance, viel Zeit einzusparen. Doch es gibt viele Möglichkeiten, eine Fase an einem Brennteil anzubringen. Die manuelle ist bisher besonders weit verbreitet. Nachdem ein Konturteil geschnitten ist, wird es von der Schneidmaschine genommen und zu einem anderen Arbeitsplatz transportiert. Dort wird die Fase manuell durch mechanische ›Knabbermaschinen‹, halbautomatisch durch Laufkatzen, die mit einem Autogen- oder Plasmabrenner ausgerüstet sind, oder auf Brennschneidmaschinen mit numerisch gesteuertem dritten Brenneraggregat hergestellt. An dieser Stelle bietet sich der Einsatz von Robotersystemen an, weil diese für ihre Bewegungen mehr Freiheitsgrade haben. Ein großer Vorteil in diesem Zusammenhang: Die Teile können nun auch von unten her bearbeitet werden. Man muss das Bauteil deshalb nicht mehr so oft bewegen. Die Rüstzeit wird minimiert. Eine weitere Besonderheit von Roboteranlagen ist, dass moderne Systeme mit einem Vision-System (Kamera) ausgestattet sind, das automatisch die Geometrie der Teile erkennt. Der Roboter findet selbstständig seinen Startpunkt, scannt ständig die Kontur ab und findet so seine Bahn. Eine zeitraubende Einrichtung des Systems entfällt. Selbst für kleine Lose ist dieses Verfahren nach Ansicht von Jürgen Bosch sehr attraktiv. Wobei er auch darauf hinweist, dass in seinem Unternehmen Losgrößen von rund zehn Stück schon sehr viel ist. Natürlich ist der Investitionsaufwand sehr hoch. Doch es hat sich gezeigt, dass sich dieser finanzielle Aufwand lohnt. Positiv schlägt auch zu Buche, dass die Konstruktionsdaten direkt vom Kunden als Datensatz übermittelt werden.

Gemeinsame Entwicklung

Bei der Entwicklung des Brennschneidroboters wurden die Planer bei Jebens in sehr hohem Maße von den Roboterherstellern und auch von den Softwarelieferanten unterstützt. In diesem Zusammenhang haben sich die Verantwortlichen bei Jebens für Reis (Roboter) und Autocam (Software und Simulation) entschieden. Reis Robotics sieht sich selbst als ist ein technologisch führendes Unternehmen der Robotertechnik und Systemintegration. Grundlage der insgesamt erfolgreichen Unternehmensentwicklung sei die große Erfahrung, die bei der Planung und Realisierung von zahlreichen schlüsselfertigen Automationsanlagen gesammelt wurde. Für viele Anwendungsfälle bietet Reis Robotics eine umfassende Palette an Industrierobotern wie Schweiß-, Gieß-, Handhabungs- oder Laserroboter an. Dazu gehören auch Peripheriemodule und Dienstleistungen zur Erstellung kompletter Automationslösungen in allen wichtigen Anwendungsbereichen. Das breite Produktprogramm umfasst neben Knickarm- auch Linearroboter, Portale, Horizontalknickarm- sowie Spezialroboter.

Intelligente Produktion

Um die Forderung an Produktionsanlagen nach größerer Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit gerecht zu werden, ist es unerlässlich, flexible und adaptiv konfigurierbare Strukturen und Produktionsabläufe zu garantieren. Aktuelle Entwicklungen im Kontext ›intelligenter‹ Produktionsanlagen zielen besonders auf die Art der Automatisierung selbst, bei der die Anlage veränderte Randbedingungen, wie Störungen im nominellen Ablauf, veränderte Eigenschaften von Rohmaterialien, variable Produktspezifikationen oder veränderliche Interaktionen mit menschlichen Bedienern, messtechnisch erfassen und den weiteren Produktionsvorgang selbstständig anpassen kann.

Die Anpassungsvorgänge ermöglichen einerseits eine effiziente und kostengünstige Herstellung unterschiedlicher Varianten und Losgrößen bei hoher Zuverlässigkeit; andererseits führt der Übergang von starren auf adaptive Anlagenstrukturen und Automatisierungskonzepte zu neuen Herausforderungen bezüglich Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage: In solchen intelligenten Produktionssystemen sind nicht mehr sämtliche Abläufe vor Inbetriebnahme explizit vorhersagbar und entsprechend in der Steuerungssoftware enthalten, sondern der zeitliche Verlauf der genannten Randbedingungen zusammen mit den gewählten Adaptionsmechanismen bestimmt das spezifische Verhalten. Autocam hat deswegen ein Verfahren entwickelt, das optimierte Lösungen für Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Die Berücksichtigung der Auswirkung von menschlichem Verhalten ermöglicht eine hohe Produktivität im operativen Anlagenbetrieb bei gleichzeitig hoher Sicherheit für den in und an der Anlage arbeitenden Menschen.

Roboter offline programmieren

Die Autocam Informationstechnik GmbH bietet inzwischen ausgereifte Software zur Simulation und Programmierung von Industrierobotern an. Die Verbindung von Robotereinsatz und Offline-Programmierung ermöglicht es, die Geschwindigkeits- und Kostenvorteile der Automatisierung mit einer Flexibilität zu verknüpfen, wie sie bisher nur aus der manuellen Fertigung bekannt war. Eine weitere Funktion bietet das Programmpaket ›Moses‹, ein grafisches Programmier- und Simulationssystem für Industrieroboter. Es ermöglicht die Erstellung eines kompletten Abbildes der Fertigungszelle, von der Robotersteuerung über -kinematiken und -geometrien bis hin zu einzelnen Prozessparametern in der Fertigung. Kurzum: Der Roboter kann neue Aufgaben in sehr kurzer Zeit erlernen. So gewährleisten sie nach Ansicht von Dr.-Ing. habil. Jobst Bickendorf, Geschäftsführer von Autocam, eine hohe Effizienz und Flexibilität. Die Moses-Module sind mit allen wesentlichen Schneidtechnologien, wie Brenn- oder Plasmaschneiden, Wasserstrahl-, Ultraschall- oder Laserstrahlschneiden, kombinierbar. Mit Moses’ Hilfe können nun Arbeitszellen besser geplant und dargestellt werden. Auch lassen sich Roboter jetzt vom PC aus programmieren – was nach Überzeugung des Anwenders Jürgen Bosch zu einer höheren Qualität führen muss, weil aus einem Büro heraus ruhiger und konzentrierter programmiert werden kann, als in der hektischen Atmosphäre einer Fertigungshalle. Es können dort nicht nur in aller Ruhe Bewegungsabläufe simuliert werden, sondern anschließend auch die fertigen Steuerungsprogramme zum Roboter exportiert werden. Das Spezialpaket für den Einsatz zur Schweißvorbereitung an ebenen Blechen heißt schlicht und einfach ›Moses Blech‹.

Hans-Ulrich Tschätsch

Fachjournalist aus Oberhausen

Herr Bosch, Sie haben auf dem Brennschneidtag in Solingen Ihren neuen ›Fasenroboter‹ als Neuheit von Jebens vorgestellt. Können Sie kurz erklären, was zu der Entwicklung des Roboters geführt hat und welche Vorteile mit dieser Innovation einhergehen?

Wir wollten letztlich beweisen, dass das gute alte, autogene Brennschneiden noch nicht zum alten Eisen zählt. Auch wenn die grundlegende Technik des autogenen Brennschneidens schon etliche Jahrzehnte bekannt ist und angewendet wird, heißt das noch lange nicht, dass es unmodern geworden ist. Im Gegenteil: Wir haben das autogene Brennschneiden modern und wirtschaftlich gemacht.

Heißt das, es gibt noch für viele Jahre einen Bedarf an Lohnleistungen im Brennschneid-Sektor?

Ja, Totgesagte leben bekanntlich sehr lange. Wir gehen davon aus, dass sich unser Marktanteil sogar noch erhöhen wird. Mit unserer Kompetenz und Erfahrung erarbeiten wir gemeinsam mit den Kunden Lösungen für deren Probleme, und das bereits seit mehr als 50 Jahren. Zu den Abnehmern unserer Produkte gehören Unternehmen des Maschinen- und Apparatebaus, des Behälterbaus ebenso wie die Hersteller von Baumaschinen sowie des Kranbaus. Damit unsere Kunden alle Chancen auf ihren Märkten nutzen können, berücksichtigen wir neben allen technischen Anforderungen immer auch wirtschaftliche Aspekte.

Wie wollen Sie diese höhere Wirtschaftlichkeit erreichen?

Zu allererst durch unsere Neuheit: den Brennschneidroboter, den wir jüngst vorgestellt haben. Mit diesem modernen System sind wir in der Lage, Brennteile für komplette, fertig verschweißte Systemteile zu marktfähigen Preisen direkt in die Fertigungslinie unsere Kunden zu liefern. In Systemen denken ist bei uns kein neues Schlagwort. Für uns ist das längst Realität. Aufgabe war es, die aufwendige manuelle Einstellung der Brennmaschinen drastisch zu verringern. In diesem Zusammenhang ist auch interessant, dass einige unsere Kunden bis vor Kurzem noch Schweißfasen und Schrägen oder Absätze mit sehr teueren Fräsautomaten hergestellt haben. Wenn wir das nun mit einem Brennschneidroboter genauso gut oder auch besser können, ist nachzuvollziehen, woher die höhere Produktivität kommt. Denn Fräsmaschinen sind eigentlich zu teuer, um große Mengen Material abzutragen.

Technisch hochwertige System sind eine Sache. Die andere Seite der Medaille ist, man muss diese Technik auch bedienen können. Haben Sie und Ihre Mitarbeiter dieses Problem im Griff?

Ja, das haben wir. Zunächst mussten wir drei Dinge unter einen Hut bringen. Die Erfahrung des Brennschneidens musste mit der Robotik und der Automatisierungstechnik – hier vor allem die Programmierung – zusammengeführt werden. Wir reden bei uns über Schnittlängen bis 500 mm! Das war zugegeben nicht ganz einfach. Aber unser Personal hat die damit verbundenen Probleme bestens gelöst. Und das, obwohl es keinen Lehrberuf gibt, der sich ausschließlich mit dem autogenen Brennschneiden auseinandersetzt und in diesem Zusammenhang Lehrinhalte vermittelt.

Sie bilden Ihr Personal selbst aus?

Ja, das tun wir schon seit langer Zeit. Wir stellen jedes Jahr bis zu vier neue Auszubildende ein. Der Lehrberuf heißt Maschinen- und Anlagenführer mit Schwerpunkt Brennschneiden. Dort bekommen unsere jungen Mitarbeiter die Grundkenntnisse vermittelt, die sie im Laufe der Berufsjahre zu wertvollen Spezialisten werden lassen. Selbstverständlich werden sie auch mit dem Plasmaschneiden vertraut gemacht. Auch diese Technik wird in unserem Haus genutzt – allerdings nur für dünne Bleche bis 30 mm Dicke. Autogen schneiden wir Bleche bis 1100 mm.

Ein weiteres großes Thema in Ihrem Metier ist die Werkstückqualität, die durch den unkontrollierten Wärmeeintrag beim Brennen leiden kann. Wie haben Sie dieses Problem gelöst?

Seit wenigen Wochen haben wir einen neuen Spezialofen zur Wärmebehandlung der gebrannten und geschweißten Werkstücke in Betrieb. Seine Konstruktionsart und seine Auslegung auf Automatikbetrieb ermöglicht eine 24-Stunden-Nutzung an sieben Tagen je Woche. Mit diesem Ofen können wir bei 570 °C spannungsarm glühen und bei 940 °C den Werkstoff normalisieren und so die geforderten Festigkeitswerte über das ganze Werkstück garantieren. Auch können wir mit Hilfe des neuen Ofens die Festigkeitswerte für Einsatzgebiete mit ganz anderen klimatischen Bedingungen einstellen. Bei unseren Kunden sind zum Beispiel Einsatztemperaturen von -20 °C Standard. Wird jedoch ein Produkt nach Sibirien geliefert, können wir durch die zielgerichtete Materialauswahl, entsprechende Produktionsverfahren und die Abnahme durch ein neutrales Institut, zum Beispiel Germanischer Loyd, die Festigkeitswerte auch bei -40 °C garantieren. Auch das erhöht die Wirtschaftlichkeit für alle Beteiligten.

Erschienen in Ausgabe: 04/2012