Schneidiger Bursche

Fokus

Mit einer Roboter-Plasma-Schneidanlage rationalisiert Edelstahl-Verarbeiter AMS seine Fertigung: Statt wie bisher zwei Tage Handarbeit benötigt die Cloos-Anlage höchstens vier Stunden – inklusive Programmierung und Simulation.

16. Februar 2010

Wer technisch up-to-date sein will, muss manchmal neue Wege gehen. Um mit der gleichen Mannschaft und auf der bestehenden Fertigungsfläche den Durchsatz deutlich zu erhöhen, entschieden die Fertigungsexperten von AMS im vergangenen Jahr, die zeitaufwendige Handarbeit beim Schneiden des Edelstahls künftig von einem Roboter erledigen zu lassen. Die Marktrecherche fiel zunächst ernüchternd aus: Statt der geforderten Absolutgenauigkeit von ±1 mm wollten die Anbieter nur 3 bis 5 mm garantieren. »Das war völlig inakzeptabel«, erinnert sich Jens Barth, der bei AMS verschiedene Optimierungsprozesse durchführt, um das Unternehmen noch besser aufzustellen.

»Diese hohen Fertigungstoleranzen an geschnittenen Mantelblechen führen beim späteren Runden der Bleche zu einem Behältermantel zu Sprüngen und Absätzen und lassen sich so nicht problemlos weiterverarbeiten. Ferner werden unsere Behälter in Prozessanlagen integriert, was aufgrund der Verrohrung perfekt positionierte Anschluss-Stutzen erfordert«, erklärt Barth.

Auf unter 1 mm genau

Fündig wurde das AMS-Team schließlich bei Cloos in Haiger: Der Anbieter von Schweiß- und Robotertechnik überzeugte die Sachsen mit einem sehr stabilen Stahlbau. Bei 8 m Länge, 3 m Breite und 1 m Hubhöhe käme es bei weniger stabilen Portalen zu Verbiegungen. »Cloos versprach uns maximal 1 mm Längsschnitt-Toleranz. In der Praxis ist die Anlage noch genauer: Da erreichen wir 0,7 mm«, freut sich Betriebsleiter Sigfrid Frenzel. Mit dieser Anlage kann man vollautomatisch dreidimensionale Zuschnitte an verschiedensten Behälterböden bis zu einer Materialdicke von 50 mm einbringen. Die Böden dürfen 1500 mm hoch sein und einen Durchmesser bis 4000 mm haben. Derzeit werden Materialdicken bis 25 mm verarbeitet. Die Anlage ist aber ausgelegt für 50 mm starke Edelstähle (bis 35 mm mit 45°-Fase).

Gleichzeitig kann man aber auch ebene Bleche, wie den Mantel inklusive aller Stutzenkonturen und Ausschnitte oder die Transportösen eines Behälters, zuschneiden und zur Schweißnahtvorbereitung anfasen. Außerdem hat Plasma-Schneid-Hersteller Kjellberg einen ›Anreiß-Modus‹ in die Steuerung integriert, damit der leistungsreduzierte Plasmastrahl die Edelstahl-Oberfläche nur dort anritzt, wo später eine Schweißnaht positioniert wird.

Die Bauteile werden auf zwei geteilten Brennschneidtischen von je 4 m x 4 m zugeführt. Bei kleineren Teilen ist damit ein schneller Fertigungsfluss möglich: Während der eine Tisch beschickt oder geräumt wird, kann der Roboter auf dem anderen arbeiten. Bei größeren Teilen wie einem Behältermantel werden beide Tische gekoppelt, sodass eine Fertigungsfläche von 4 m x 8 m zur Verfügung steht. In die Tische integriert ist eine Absaugung, deren Klappen nur dort öffnen, wo der Brenner gerade arbeitet. »Dazu mussten wir einen speziellen Algorithmus schaffen, der die Roboterdaten in aktuelle Brennerpositionsdaten umrechnet«, erklärt Cloos-Projektleiter Dietmar Schneider.

Exaktes Vermessen vor dem Schneidvorgang

Einige solcher ›Besonderheiten‹ haben die Cloos-Konstrukteure und -Programmierer lösen müssen für diesen leistungsstarken 3D-Plasma-Schneidroboter. Dabei stand das Projekt unter Zeitdruck, denn AMS wollte im Frühjahr 2009 mit der Produktion starten. »Da haben wir alle an einem Strang gezogen«, sagt Jens Barth. Nach drei Monaten Projektierungsphase und acht Monaten Bau und Test im Werk Haiger lieferte Cloos die Anlage nach Sachsen. AMS selbst realisierte dann noch die komplette Einhausung über ein verbundenes Unternehmen, sodass der Produktionsstart im März 2009 gelang. Auch die Absauganlage, über die auch gleichzeitig in der angrenzenden Schleiferei für gute Luft gesorgt wird, hat AMS beigestellt.

Cloos hat das sehr steif ausgelegte Portal mit einem sechsachsigen Industrieroboter Romat 350 ausgestattet. Neben dem Plasmabrenner ist an dessen Arm ein taktiler Tastkopf installiert, der zu Messvorgängen pneumatisch in Position geklappt wird. Über diesen Tastkopf vermisst die Anlage zunächst den zu fertigenden Klöpper-, Kegel-, Korbbogen- oder Halbkugel-Boden und bringt seitlich Markierungen an, über die der Boden später passgenau auf dem Behältermantel positioniert und verschweißt werden kann.

Dann ermittelt die Anlage exakt die Stelle, an der anschließend der Ausschnitt geschnitten wird und erledigt den Ausschnitt quasi ›im Brenner-Umdrehn‹ – vom kleinen Stutzen- bis zum großen Mannloch. »Ein Standardboden von 1400 mm Durchmesser mit zwölf Stutzen braucht etwa 80 Minuten Messzeit und nur 13 Minuten Schneidzeit«, hat Jens Barth ermittelt. Dabei sei es unerheblich, ob axiale oder radiale Löcher geschnitten werden.

Alle Produktionsschritte werden zuvor offline programmiert und simuliert, bevor das Programm auf die Plasmaschneidanlage übertragen wird. »Wir können also Kundenprojekte unabhängig von der Fertigung abarbeiten«, erklärt Jens Barth. Das menügeführte Offline-Programm ›Moses‹ von Autocam überzeugte durch seine einfache Bedienbarkeit und den modularen Aufbau.

»Die Software bietet direkt auf unsere Anforderungen zugeschnittene Bearbeitungsmodule, etwa für Blechzuschnitt inklusive Fasen oder Bodenbearbeitung mit Fasen. Wir konnten daher unsere Mitarbeiter ohne großartige Programmierkenntnisse für diese neue Aufgabe qualifizieren.« Auch hier empfiehlt sich das Cloos-System, weil teure Programmiererstunden entfallen. Die jungen Bediener – als ehemalige Azubis kennen sie die AMS-Produkte von der Pike auf – sind hochmotiviert an die Systemumstellung herangegangen und haben die Anlage schon während der Realisierungsphase in Haiger bei Schulungen kennen gelernt. Dadurch lief auch der Produktionsstart unproblematisch«, so ihr Chef.

Beidienerfreundliche Offline-Programmierung

Da die Anlage vernetzbar ist, werden die Daten nach der 3D-Konstruktion in die Fertigung übertragen und los geht’s. Die Robotersteuerung setzt die Files in exakte Bewegungen um. Bedient wird sie über das PHG, das handliche Cloos-Programmiergerät mit seinem großen Display und der übersichtlichen Folientastatur. Zur Ferndiagnose und -bedienung hat Cloos außerdem eine RSM-Software (Remote Service Manager) integriert, die den Zugriff auf den Programmier-PC und die Anlage ermöglicht. »So kann uns Cloos von Haiger aus mit Fachkompetenz jederzeit optimal unterstützen«, sagt Jens Barth.

Die Schneidanlage selbst arbeitet so schnell, dass die Programmierzeit für einen üblichen Behälterboden etwa der Fertigungszeit entspricht. »Was früher in Handarbeit fast zwei Tage dauerte, erledigt der Roboter in unter vier Stunden.«

Allein das manuelle Anreißen der Konturen nach Zeichnung sei sehr zeitaufwendig gewesen. Da der Roboter sehr exakt arbeitet, sind nun kaum noch Nacharbeiten erforderlich. Und noch etwas spricht für die automatisierte Anlage: »Im Unterschied zur Handarbeit erreichen wir eine hohe Konformität von Zeichnung zu Produkt. So können wir reproduzierbare Bauteile anfertigen, was beispielsweise den späteren Austausch von Behältern einfach möglich macht«, ergänzt Betriebsleiter Frenzel. AMS geht durchschnittlich von 15 bis 20 Prozent weniger Fertigungskosten aus. Da brauche man sich über die Amortisationszeit keine Sorgen zu machen.

Dipl.-Ing. Walter Lutz

Freier Fachjournalist aus Haiger

Hintergrund

Carl Cloos Schweißtechnik in Haiger gehört zu den Pionieren moderner Schweißtechnik und zählt heute zu den internationalen Marktführern. Cloos bündelt die beiden Kernkompetenzen Lichtbogen-Schweiß- und Robotertechnik unter einem Dach.

Rund 700 Mitarbeiter entwickeln und fertigen die Cloos-Produktpalette – von Qineo-Schweißstromquellen bis zu schlüsselfertigen Qirox-Robotersystemen. MSG- und WIG-Schweißgeräte und die Robotersystemtechnik finden sich in komplexen Fertigungslinien oder kostengünstigen Kompaktschweißzellen in Kernmärkten wie Automotive, Maschinenbau sowie Bau- und Landmaschinen

Erschienen in Ausgabe: 01/2010