Ein Portal für den Mobilkran

Fokus/Schweißen

Erfolgreiche Mobilkrananbieter fertigen die bis zu 100 Meter langen Teleskopausleger nicht selbst, sondern vertrauen auf die Expertise von Spezialisten wie Vlassenroot KSK in Schwerte. Um Qualität und Preis in Einklang zu bringen, setzt KSK auf modernste Laserhybrid-Schweißtechnik von Kuka Industries.

29. August 2017
Die Anlage basiert auf einem Portal-Roboter mit einer Dreifach-NC-Achse. Bildquelle: Kuka Industries
Bild 1: Ein Portal für den Mobilkran (Die Anlage basiert auf einem Portal-Roboter mit einer Dreifach-NC-Achse. Bildquelle: Kuka Industries)

Vom Hausbau über den Brückenbau bis hin zum Bau von Windkraftanlagen – jeder hat die teils monströsen Autokrane schon gesehen. Die Teleskop-Kransegmente erreichen oft 100 Meter Höhe und werden häufig durch einen aufgesetzten Gittermast um weitere 92 Meter verlängert, beispielsweise um moderne Windräder aufzustellen. »Neben der Stabilität ist bei der Konstruktion solcher Krane das Gewicht eine Herausforderung, denn für die Fahrt auf öffentlichen Straßen darf eine Achslast von zwölf Tonnen nicht überschritten werden«, erklärt Detlev Kruse, Schweißfachingenieur und Leiter Qualitätsmanagement bei Vlassenroot KSK. »Oder anders gesagt, geht es darum, trotz steigender Anforderungen hinsichtlich Tragkraft oder Auslegerlänge das Gewicht der Fahrzeuge zu begrenzen. Eine Anhebung der Materialdicken kommt daher nicht in Betracht. Somit ist Leichtbau mittels hochfester Stähle gefragt, selbst wenn ein Mobilkran 1.200 Tonnen heben muss. Es geht um erstklassige Lösungen bei hoher Effizienz.«

Passform – entscheidende Voraussetzung für Teleskopsegmente

Die Ausleger für Teleskopkrane werden aus zwei Halbschalen der Länge nach zusammengeschweißt. Weil sie während der Fahrt des Krans ineinander geschoben sind, ist neben der Stabilität die exakte Maßhaltigkeit eine der Herausforderungen, die in der Vergangenheit viel Aufwand bedeutet hat. Denn, werden zwei gekantete Bleche über solche Längen verschweißt, so entsteht durch die Wärmeeinwirkung ein mehr oder minder starker Verzug. Die langen Nähte schweißte man bisher von innen im MAG- und von außen mit dem UP-Verfahren, was den Verzug vergrößerte. Insgesamt wurde so sehr viel Wärme ins Bauteil gebracht. Um den Verzug zu beseitigen, war ein hoher zeitlicher und technischer Aufwand durch das Richten mit hydraulischen Pressen erforderlich.

Durch das modernere Laserhybridschweißen konnte dieser Aufwand stark reduziert und so eine Verkürzung der Durchlaufzeiten erzielt werden.

Schon in einer frühen Phase des Projekts mit Kuka Industries wurde den KSK-Verantwortlichen klar, dass Laserhybridschweißen das beste Verfahren für die besonderen Anforderungen ist. Es verbindet das Laser- und das MAG-Schweißen in einem einzigen Prozess. Die wesentlichen Vorteile sind die sehr hohe Schweißgeschwindigkeit und das verhältnismäßig kleine Schmelzbad. Der Laserstrahl wird exakt fokussiert und erzeugt so eine schlanke, sehr tief reichende Naht und folglich einen geringen Wärmeeintrag in das Bauteil. Das Ergebnis ist ein sehr geringer Verzug. Ein weiterer Vorteil ist die wesentlich verbesserte Spaltüberbrückung – bis zu einem Millimeter nahezu ohne Veränderung der Schweißparameter. Die Schweißnähte haben durchweg sehr gute metallurgische und mechanische Eigenschaften. Durch die größere Einschweißtiefe kann das Schweißen von innen entfallen; es sind also nur noch zwei Nähte nötig. Daneben entfällt bei hochfesten Stählen das bisher nötige Vorwärmen, um Schweißfehler zu vermeiden und das Gefüge optimal einzustellen.

Riesige Bauteile – eine Naht

Die beiden Halbschalen eines Teleskopsegments fertigt Vlassenroot in einem Werk in Belgien vor. In Schwerte werden sie zunächst zu einem Teleskoprohr zusammengesetzt und für das Schweißen der Längsnähte vorbereitet. Nach diesem Arbeitsgang wird das Bauteil mittels schienengeführter Vorrichtungen in die neue Laserhybridschweißanlage befördert. Die maximale Bauteillänge beträgt 22 Meter. Bei so großen Werkstücken mit zwei durchgängigen Schweißnähten ist die Bestimmung der Istlage des Bauteils innerhalb der Anlage eine besondere Herausforderung. Schließlich lassen sich so raumgreifende Bauteile nie ohne geringe Maßtoleranzen fertigen und positionieren. »Um die Naht online korrigieren zu können, war eine exakte Nahtverfolgung nötig«, erklärt Detlev Kruse. »Als wir in einem frühen Projektstadium bei verschiedenen Anbietern nach entsprechenden Lösungen anfragten, erhielten wir überwiegend abschlägige Antworten; lediglich Kuka Industries war in der Lage, eine Laserkamera so zu integrieren, dass sie den Anforderungen und der extremen Umgebung am Schweißkopf gewachsen war.«

»Für die großen, stets langen Bauteile kam nur ein Portalroboter in Frage, der den gesamten Weg zurücklegen kann, ohne dass die Bauteillage verändert werden muss«, ergänzt Norbert Höppe, Vertriebsleiter Lasersystemtechnik Emea bei Kuka Industries. »Die Anlage basiert auf einem Portalroboter mit einer Dreifach-NC-Achse. Daran befindet sich die Adaption einer von Kuka Industries speziell entwickelten Hybrid-Schweißoptik. Die an die Schweißoptik adaptierte Kamera sorgt, in Verbindung mit einer speziellen Software, für eine korrekte, prozesssichere Nahtführung auch bei höchsten Schweißgeschwindigkeiten.«

Ein Markierlaser, den der Roboter per Wechselvorrichtung aufnehmen kann, markiert auf dem Bauteil die genaue Position für spätere Anbauteile.

Zur Sicherheit gegen Strahlungsaustritte aus der Zelle ist die Einhausung mit ›Laserspy‹ ausgerüstet. Diese patentierten, Tüv-geprüften optischen Sensoren von Kuka Industries überwachen den lichtdichten Hohlraum der Schutzwandmodule. Würde die erste Wand vom Laserstrahl durchdrungen, detektiert der hochempfindliche Laserspy die eintretende Strahlung und schaltet den Laser binnen Millisekunden über den Not-aus-Kreis sicher ab.

Schnell ohne Nacharbeit

Auf der Anlage entstehen Kransegmente, die extremen Belastungen standhalten müssen. Daher werden vielfältige Versuche und genaue Analysen der Schweißverbindungen durchgeführt. Ergebnis: Sie sind höher belastbar als früher mit dem MAG-Verfahren. Kuka Industries trägt der Entwicklung im Laserhybridschweißen auch dadurch Rechnung, dass für neue Anwendungen Versuche möglich sind und entsprechendes Equipment verfügbar ist.

Gleichzeitig hat sich mit der eingeführten Lösung der Schweißverzug gegen Null reduziert, so dass die Auslegerteile nicht mehr manuell nachgerichtet werden müssen. Neben der hohen Schweißgeschwindigkeit im Prozess konnte, wie erwähnt, die zusätzliche Naht innen eingespart werden, weil das Laser-Hybrid-Verfahren in der Lage ist, das Bauteil in einem Zug komplett zu schweißen. Das erspart auch zusätzlichen Aufwand bei der Nahtvorbereitung, denn wegen der geringeren Eindringtiefe beim MAG-Verfahren mussten die Teile zuvor aufwendig angefast werden. Heute liegen sie einfach mit einem rechtwinkligen Stoß aufeinander. Zudem konnte Schweißdraht, im Vergleich zu dem früheren mehrstufigen Prozess, eingespart werden. Das optimierte Schweißverfahren vereinfacht auch die Konstruktion, da eine einzige Aufspannung in der Zelle genügt, um den kompletten Schweißprozess durchzuführen. Der ausbleibende Verzug reduzierte daneben den Aufwand für die erforderliche Spanntechnik.

Schweissen & SchneidenStand 13F14

Zahlen & Fakten

Technische Daten:

• Portalroboter RL300P mit Dreifach-NC-Achse

• Abmessungen X = 19,5 m, Y = 3,5 m, Z = 2,5 m

• externe Adaption der Hybridschweiß-technik und eines Markierlasers

• Faserlaser IPG, 12 kW inklusive Kühler, Zweifach-Strahlweiche

• Hybridschweißoptik mit Sensorik und Bauteillageerkennung

• Lichtbogenschweißstromquelle

• Nahtverfolgung mit Kamera und Kuka-Sondersoftware

• Markierlaser und Optik

• Bauteilzuführung über Schienensystem

• Lasersichere Einhausung mit patentierten Laserspy-Sensoren

• Provis zur Offline-Programmvorbereitung

Erschienen in Ausgabe: 05/2017