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Kostenschnitt

Kostenschnitt

"HiFocus"-Plasmaschneiden mit minimalen Schnittkosten

Wer aus intensiver Berufserfahrung eigene Visionen entwickelt, es versteht, sie hartnäckig umzusetzen, befindet sich auf sicherem Erfolgskurs. - Diesen Gedanken hat Sachsens Staatsminister für Wirtschaft und Arbeit, Dr. Martin Gillo, allen Anwesenden zur feierlichen Übergabe der automatisch arbeitenden Schneid- und Schweißanlage an den Geschäftsführenden Gesellschafter der KET Kirpal Energietechnik GmbH Anlagenbau, Wermsdorf, Kurt Kirpal, mit auf den Weg gegeben.

30. März 2004

Ein Meilenstein dieser Entwicklung ist die Inbetriebnahme der automatisch arbeitenden Roboter-Schneid- und Schweißanlage von Kjellberg, Finsterwalde, die dank der integrierten „HiFocus“-Plasmaschneidanlage nicht nur mit den derzeit denkbar geringsten Schnittmeterkosten arbeitet, die hohe Leistungsfähigkeit beruht nicht zuletzt auf der direkten Kopplung mit der überaus effizienten Rohrleitungsplanung mit Hilfe des dreidimensionalen CAD-Verfahrens und der Verknüpfung dieses Planungsverfahrens mit der realisierten CAM-Struktur.

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Entwicklung von Rohrleitungsmodulen

Mit der Projektierung von Heizungsanlagen hatte Kurt Kirpal bereits vor 35 Jahren Beruf und Hobby verbunden. Nach der Wende war der Weg frei zur Gründung eines eigenen Planungsbüros. Um die vielen guten Ideen schnell und möglichst reibungsarm durchsetzen zu können, folgte die Gründung des Unternehmens mit eigener Werkstatt. Dort entwickelte er seine Idee, die Rohrleitungsmontage durch einbaufertige Rohrleitungsmodule signifikant zu rationalisieren. Kern der Rationalisierungsidee ist die automatisierte, industriemäßige Fertigung von Rohrleitungsmodulen für Energieverteilanlagen.

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Um Energieverteilanlagen aus Modulen auf hochrationelle Weise installieren zu können, müssen alle Module mit hoher Präzision gefertigt werden, damit sie auf der Baustelle nahtlos aneinanderpassen. „Mit Hilfe von effizienten Computerprogrammen projektieren wir die einzelnen Module einer Versorgungsanlage in der realen 3-D-Welt der vermessenen Räume“, erläutert Kurt Kirpal und führt fort: „Dazu arbeiten wir an zwei Rechnerbildschirmen. Während auf einem der Bildschirme das Halbfabrikat Rohr konstruktiv bearbeitet wird, kann auf dem zweiten Bildschirm der Fertigungsablauf programmiert werden.“ Das heißt, die Effizienz der leistungsstarken automatisch arbeitenden Schneid-, Schweiß- und Markieranlage wird durch die Off-Line-Verbindung zur Projektierung und Konstruktion noch einmal kräftig erhöht.

Automatisierte Modulfertigung

Die Module für Rohrleitungsanlagen, die flüssige und gasförmige Medien sowie Wasserdampf zu unterschiedlichen Abnehmern in einem Gebäude transportieren, bestehen in aller Regel aus Absperrarmaturen, Regelventilen, Pumpen beziehungsweise Gebläse, Rückschlagarmaturen sowie aus den verbindenden Rohrleitungen. Die 3-D-CAD-CAM-Methode ermöglicht es, modulare Anlagen so zu planen und vorzufertigen, daß sie gut bedienbar sind und optimal in die vorgesehenen Räume passen. Hier akribisch zu arbeiten, ist deshalb so wichtig, weil diese zugewiesenen Räume in der Tendenz eher kleiner als größer werden. So sind die einzelnen Module ganz exakt zu fertigen, damit sie problemlos zueinander passen. Dazu hat Kurt Kirpal gemeinsam mit dem Vredener Familienunternehmen Severt eine Roboter-Schneid-, Schweiß- und Markieranlage konzipiert und den renommierten Automatisierungsanlagenbauer beauftragt, diese Anlage zu konstruieren, zu fertigen und in Betrieb zu nehmen. Dabei gab er vor, daß das Schneiden der Rohre mit einer Plasmaschneidanlage „HiFocus 160i“ von Kjellberg Finsterwalde zu realisieren ist. Diese Plasmaschneidanlage hat sich Kurt Kirpal in Finsterwalde angesehen und sofort entschieden, daß seine automatische Schneid-, Schweiß- und Markieranlage mit allen Vorteilen, die das „HiFocus“-Plasmaschneiden bietet, ausgestattet werden soll.

Die automatische Schneid-, Schweiß- und Markieranlage besitzt zwei nach oben und nach vorn offene Arbeitskabinen, die von einem ABB-Roboter bedient werden, der sämtliche Schneid- und Schweißbrenner führt. Dieser Roboter ist über Kopf an einem C-Portal montiert, das sich auf einer acht Meter langen Verfahranlage von einer zur anderen Zelle entsprechend des vorgegebenen Programms bewegt.

In beiden Zellen kann plasmageschnitten, geschweißt und markiert werden. Das Ausgangsmaterial, bis zu sechs Meter lange Rohre, wird jedoch zuerst in der rechten Zelle geschnitten, wo eine Kombination aus einem Severt-Dreh- und Wendepositionierer mit einem Langteilpositionierer sowie mit einem stufenlos verschiebbaren Gegenlager die schweren Rohre sicher aufnimmt. In der linken Zelle werden vorrangig die Rohrabschnitte, die in einem weiteren Dreh- und Wendepositionierer eingespannt sind, bearbeitet. Dort lassen sich weitere Spezialschnitte, Schweißaufgaben und Markieraufgaben erledigen. Durch die Trennung der beiden Arbeitszellen wird der Roboter gut ausgelastet. Wenn er in einer Zelle arbeitet, kann in der anderen das fertige Werkstück ausgespannt und ein neues Werkstück eingespannt werden. Obwohl sich im Endergebnis alle Toleranzen addieren, bietet die Anlage eine hohe Führungsgenauigkeit. Sie liegt innerhalb der Toleranz von ±0,2 bis 0,3 Millimeter.

Wirtschaftliches HiFocus-Plasmaschneiden

Der erste Schritt zur Fertigung exakt passender Rohrleitungsmodule ist das exakte Schneiden der Rohre. Auch Kurt Kirpal dachte zunächst ans Laserschneiden, doch nach dem Besuch bei Kjellberg Finsterwalde, die eine gute Autostunde vom heimischen Wermsdorf entfernt ist, war er voll von der Leistungsfähigkeit und der Schnittqualität, die die Plasmaschneidanlage „HiFocus 160i“ bietet, überzeugt: So sind die Schnittflächen metallisch blank, grat- und bartfrei. Das Plasmaschneiden mit dieser Anlage erzeugt Schnitte mit geringster Rautiefe. Die Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz ist sehr gering. Die Präzision der Schnittführung liegt im engen Toleranzbereich von ±0,2 Millimeter und kommt damit dem Laserschneiden sehr nahe. Für die Weiterverarbeitung der geschnittenen Rohrabschnitte bedeutet insbesondere die absolute Grat- und Bartfreiheit, die sogar in einer leichten Abrundung der Schnittkanten gipfelt, ein verletzungsfreies Handling, beispielsweise beim Einspannen der Rohrabschnitte. Rohre mit kleineren Wanddicken können ohne Schweißnahtvorbereitung sofort geschweißt werden. Rohre mit großen Wanddicken werden mit der HiFocus-Plasmaschneidanlage angefast. Die „HiFocus 160i“ schneidet und markiert Baustähle, legierte Stähle, Aluminium und andere elektrisch leitfähige Werkstoffe im Bereich von 0,5 bis 50 Millimeter Dicke. Durch diesen enormen Einsatzbereich läßt sich die Plasmaschneidanlage auch für andere Profile und für Tafelmaterial bestens nutzen. Die automatische Schneid-, Schweiß- und Markieranlage verarbeitet derzeit Rohre im Bereich von DN 65 bis DN 500. Sie kann aber so aufgerüstet werden, daß auch Rohre mit einem Nenndurchmesser bis 1.000 Millimeter verarbeitet werden können.

Innovative Komponenten der HiFocus-Plasmaschneidanlage

Neben signifikanten Unterschieden bei den Investitionskosten liegen die Schnittmeterkosten beim HiFocus-Plasmaschneiden deutlich unter denen des Laserschneidens. Bereits bei herkömmlichen Baustählen bis zu einer Dicke von acht Millimeter liegen die Schnittmeterkosten des Plasmaschneidens um 20 bis 30 Prozent unter den Kosten, die das Laserschneiden verursacht, geben Praktiker an. Die Unterschiede wachsen mit der Materialdicke. Insbesondere aber geht die Kostenschere bei Leichtmetallen und hochlegierten Stählen weit auseinander. Dort wachsen die Schnittmeterkosten beim HiFocus-Verfahren moderat linear an, während beim Laserschneiden die Kosten exponential steigen und im Dickenbereich ab acht Millimeter etwa den fünffachen Betrag erreichen.

Die hohe, mit dem Laserschnitt vergleichbare Schnittqualität ist ein Ergebnis des Zusammenwirkens von innovativer Soft-Switch-Invertertechnik mit der neuen Brennertechnik „PerCut 160“ und „PerCut 170“ sowie mit der neuen automatisch arbeitenden Gaskonsole „FlowControl“. Alle Komponenten sind Eigenentwicklungen von Kjellberg Finsterwalde und daher bestens aufeinander abgestimmt.

Bei der Soft-Switch-Invertertechnik handelt es sich um eine primärgetaktete elektronische Stromquelle, die einen Arbeitsbereich von 4 bis 160 Ampere bietet. Damit ist sie in der Lage, mit dem gleichen Brenner in materialschonender Weise die vorgefertigten Baugruppen und funktionsfähigen Module so zu kennzeichnen, daß bei der Montage Verwechselungen sicher ausgeschlossen werden und die Montage zügig erfolgen kann. Man kann aber auch Rohrdurchbrüche markieren und sie zu einem späteren Zeitpunkt ausschneiden, um so den technologischen Ablauf optimal zu gestalten.

Durch die regelbaren Stromstärken auch im unteren Bereich, zwischen 4 und 25 Ampere, lassen sich Strichdicke und Markierungstiefe einstellen. Das Körnen läßt sich ebenfalls mit unterschiedlichen Tiefen realisieren. Bei der automatischen Gaskonsole FlowControl handelt es sich um eine Weltneuheit. Die Gase, die man zum Schneiden und Markieren braucht, werden durch die Eingabe des zu bearbeitenden Werkstoffs und der Technologie dem Plasmabrenner automatisch zugeführt. Der Anlagenfahrer gibt dazu den Werkstoff, beispielsweise ST 52.3, und die Wanddicke ein. Für diese Schnittangaben hat Kjellberg Finsterwalde optimierte Schneidprozesse ermittelt und in der Steuerung abgelegt, so daß sie für den automatischen Ablauf stets zur Verfügung stehen.

Zu den zu optimierenden Schneidparametern gehört neben der Vorschubgeschwindigkeit des Brenners, der Stromstärke der Stromquelle auch die optimal dosierte Zusammensetzung der Plasmaschneid- und Wirbelgase. „Mit der automatischen Gaskonsole FlowControl von Kjellberg Finsterwalde ist es erstmals möglich, exakt reproduzierbare, optimale Gasgemische im Schneidprozeß zu erzeugen und damit ein jederzeit wiederholbares, hochqualitatives Schneidergebnis zu gewährleisten. Dabei werden die einzelnen Gas-Volumina gemessen und gemäß der optimierten Sollwert-Vorgaben als Gasgemisch für die Plasmaschneid- und Wirbelgasversorgung der HiFocus-Brenner bereitgestellt“, erklärt Vertriebsleiter Dr. Erich Wilde den Neuheitsgrad der Kjellberg-Entwicklung. „Die bisherigen automatischen Gaskonsolen arbeiten nur auf der Basis einer Druckregelung der Gase, die es nicht ermöglicht, sowohl kleinste Gasmengen bestimmter Gase (zum Beispiel Wasserstoff) zu dosieren als auch reproduzierbare Gasgemische im Schneidprozeß zu sichern. Diese neuartige FlowControl-Technik ist damit nicht nur ein gewaltiger Schritt in Richtung einer bisher für das Plasmaschneiden nicht gekannten, laserähnlichen Schnittqualität bei gleichzeitig höherer Schneidgeschwindigkeit, sondern auch ein wesentliches Hilfsmittel für die weitere Beschleunigung der technologischen Forschung und Entwicklung bei Kjellberg Finsterwalde“, hebt Dr. Erich Wilde hervor.

Hohe Anlagenflexibilität

Sowohl das Schneiden als auch das Markieren sowie das Schweißen übernimmt der Roboter als Führungsmaschine. Dieser Roboter ist über Kopf an einem verfahrbaren C-Portal installiert. Damit er an jeder Stelle auf alle Werkzeuge zugreifen kann, wurde auch das automatische Brennerwechselsystem am Portalkopf installiert. Im automatischen Brennerwechselsystem befinden sich der Plasmaschneidbrenner, ein MAG- sowie ein WIG-Schweißbrenner. Der MAG-Brenner trägt zusätzlich einen Tastsensor, der die Anlage automatisch auf die Durchmesserabweichungen des eingespannten Rohrs abtastet. Die Abweichungen, die bei einem Rohr mit der Nennweite DN 50 um bis zu ± 3 mm tolerieren dürfen, werden der Steuerung übermittelt. Sie korrigiert dann automatisch das Programm für die Bearbeitung des aktuell gemessenen Rohrs. Gerade diese Korrektur bewirkt beispielsweise, daß beim Plasmaschneiden der Abstand zwischen Rohr und Plasmabrenner garantiert innerhalb der geforderten Toleranz von ± 1 mm bleibt. Damit bietet das HiFocus-Plasmaschneiden genau jene hohe Prozeßstabilität, die für eine Automatisierung zwingend erforderlich ist. Den Praxisbeweis gab& pos;s inzwischen auch: Mit dieser Anlage wurde bereits die Versorgungsanlage der Endmontagehalle im BMW-Werk Leipzig zur vollen Zufriedenheit des Auftraggebers erstellt.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004