Umweltschutz im Herzen

Technik/Schweißen

Wärmestrahlung, wie wir sie von der Sonne kennen, ist nicht nur besonders angenehm, sie ist sogar in industriellem Maßstab effizienter als beheizte Luft. Frenger hat diese Technik zur Perfektion weiterentwickelt und spart gegenüber konventionellen Heizsystemen bis zu 50 Prozent Heizenergie ein.

22. April 2013

Um seine Lösungen flexibel in jedem beliebigen Format liefern zu können, installierte Frenger Systemen BV ein Roboter-Schweißportal von Reis Robotics, das mit seiner hoch entwickelten Mess- und Sensortechnik in der Lage ist, ohne manuelle Programmierungen die wasserführenden Register in fast beliebigen Abmessungen automatisch zu verschweißen.

Auch wenn es zunächst Stirnrunzeln erzeugen mag, so ist es dennoch physikalisch optimal, mit Strahlungswärme von oben zu heizen. Die niederfrequente Wärmestrahlung durchdringt die Luft nahezu verlustfrei und wird erst beim Auftreffen auf einen Körper in Wärme umgewandelt. Jeder kennt das, wenn er an einem kalten Wintertag in der Sonne steht und die Erwärmung verspürt.

Diese Art der Wärmeabgabe ist sehr viel effizienter als Heizungen mit Konvektion, also Luftumwälzung mit Turbulenzen, die noch dazu im wahrsten Wortsinn viel Staub aufwirbeln, wenn sie beispielsweise in Fabrikationsanlagen, Sporthallen oder Verkaufsräumen eingesetzt werden. Energieeinsparungen von 50 Prozent gegenüber konventionellen Heizsystemen sind dabei keine Seltenheit. Einsatzbereiche sind hierbei bevorzugt Industrie- und Sporthallen, aber auch Verwaltungsgebäude, Schulen oder Feuerwehrhäuser. Die Systeme von Frenger Systemen BV eignen sich gleichermaßen für Deckenstrahlungsheizungen oder Kühldecken sowie eine Kombination aus beiden Anforderungen. »Unsere Deckenstrahlheizungen haben wir in enger Zusammenarbeit mit Forschungsinstituten hinsichtlich ihrer Energieausbeute optimiert«, erklärt Dipl.-Ing. Stefan Menge, Prokurist und Juniorchef bei Frenger, die seit Mitte der Achtzigerjahre ein rein deutscher Familienbetrieb ist und zu den Marktführern gehört.

»Durch eine Kombination aus wasserführenden Stahlrohren mit dazwischen eingesetzten Aluminiumpaneelen und speziell abgekanteten Randprofilen für eine optimale Abstrahlung erreichen unsere Systeme nochmals deutlich höhere Wirkungsgrade als die üblichen, am Markt verfügbaren Plattensysteme aus Stahl. Da jedoch fast jedes Projekt an individuelle Anforderungen und Dimensionen angepasst werden muss, gibt es kaum zwei Deckenstrahlelemente mit identischen Abmessungen, Anschlüssen und Befestigungen.«

Individualisierte Fertigung

Die Register der Deckenstrahlelemente sehen ohne eingesetzte Aluminiumpaneele aus wie sehr breite Leitern. Bis zu zwölf runde Stahl-Heizrohre liegen parallel und sind an den Enden mit Sammlern aus Vierkantmaterial verschweißt. Um den benötigten Rohrabstand von 150 mm auch bei Längen bis 6000 mm einzuhalten, werden auf die Länge verteilt bis zu fünf Querprofile und bei Bedarf auch noch zusätzliche Abhängeprofile eingeschweißt.

Ziel war es, die kompletten Schweißaufgaben völlig positionsflexibel zu halten und dennoch vollständig zu automatisieren, da das Schweißen in der Vergangenheit sehr zeitaufwendig war. Die besondere Herausforderung des Projekts lag jedoch darin, die Bediener von Programmier- und Einstellaufgaben weitestgehend zu befreien. Es galt also, die gesamte Sensorik so zu planen, dass die Anlage allein erkennt, wie viele Registerrohre und Endsammler eingelegt sind und wo die Querprofile angeschweißt werden müssen.

Einlegen, spannen, entladen

Der Clou sind fünf elektropneumatische Spanntraversen, die auf einem Grundrahmen frei beweglich sind und ihre manuell und individuell eingestellte Position sowie die Anzahl der eingelegten Rohre automatisch an die Robotersteuerung melden. Somit weiß der Roboter, wo geschweißt werden muss, egal, wie die Spanntraversen verschoben wurden. Nicht benötigte Traversen werden in einen Bahnhof geschoben. Da die Null-Position für den ersten Sammler immer gleich ist, musste am Ende der Rohre eine verstellbare Aufnahmevorrichtung für einen eventuell benötigten zweiten Sammler vorgesehen werden, dessen Position ebenfalls automatisch erfasst wird.

»Der gewünschte Automatisierungsgrad setzte eine weitreichende Planung der Anlagenarchitektur und Sensorik voraus«, so Dipl.-Ing. (IWE) Hans-Jürgen Pai aus dem Vertriebsbereich Schweißen von Reis Robotics. »Nach den ersten Vorbesprechungen fiel die Entscheidung zugunsten eines Roboterportals RLV03-123 mit zwei hängenden Schweißrobotern des Typs RV20-16, um einen maximalen Arbeitsraum am Grundrahmen zu schaffen. Dieser ist leicht schräg gestellt, um die Rohre leichter einlegen zu können. Jeder Roboter kann an einem Kragarm in horizontaler Richtung um 2000 mm vom Portal weg sowie vertikal um 1500 mm verfahren werden. Das Gesamtportal hat eine Länge von 8000 mm.« Als Schweißsysteme zum MAG-Schweißen setzt Reis auf die Stromquelle Transpuls Synergic 4000 von Fronius in Verbindung mit wassergekühlten Brennersystemen von Dinse. Neben der Flexibilität ging es natürlich auch um eine hohe Performance, denn nach Aussagen von Stefan Menge ist die nachfragestärkste Zeit der Sommer, weil dann die meisten Industriebauten entstehen.

Um nicht auf zusätzliche Leiharbeiter angewiesen zu sein, sollte die Anlage den Output soweit steigern, dass weiterhin im verlängerten Einschichtbetrieb gearbeitet werden kann. »Reis Robotics hat dazu die beiden Roboter in einen Master-Slave-Modus mit Wegoptimierung geschaltet, der kürzeste Bearbeitungszeit ermöglicht. Konnten früher von erfahrenen Schweißern etwa 120 Rohre verschweißt werden, so schafft die Anlage von Reis fast die dreifache Geschwindigkeit«, so Stefan Menge erfreut.

Nach dem Einlegen der Einzelteile zeigt die Steuerung des Portals kurz an, welche Beladung sie erkannt hat. Dies dient der Sicherheit und zeigt, ob alle Sensoren arbeiten. Als Quittierung reicht ein Druck des Bedieners auf die Starttaste und das Verschweißen der Rohre von allen Seiten beginnt. Nach dem Beenden entnehmen die Bediener das Werkstück, um es, falls nötig, noch etwas zu richten und um die Dichtigkeit zu prüfen. In dieser Zeit kann der nächste Auftrag bereits wieder eingelegt und geschweißt werden. Insgesamt hat Frenger bereits mehr als 7000 Projekte ausgeführt und dabei mehr als 6,8 Mio. m² Deckenstrahlheizungen und Kühldecken installiert – das entspricht der Fläche von fast 1000 Fußballfeldern.

Qualität und Flexibilität

Die gesteigerte Durchlaufgeschwindigkeit war eines der erreichten Ziele bei Frenger Systemen BV. Ein weiteres ist die Qualität, die nach Aussagen der Geschäftsleitung mit dem Schweißportal nochmals gesteigert werden konnte. Durch die weitreichende Sensorik von Portal und Prozessoptimierung sind Nacharbeiten an den Registern zur Ausnahme geworden. Die hohe Bedienerfreundlichkeit erübrigt darüber hinaus eine Programmierschulung der Bediener. Das von Reis in Generalunternehmerschaft installierte System erkennt alle Werkstücke und deren Abmessungen automatisch, so dass Frenger Deckenstrahlheizungen in jeder gewünschten Größe produzieren kann, ohne den ›normalen‹ Ablauf zu verändern.

Mit dem Portal entstehen ›Serien‹ mit Losgröße 1 vollautomatisch. Frenger arbeitet mit sehr hoher Fertigungstiefe. So entstehen auch eingepasste Paneele sowie die umweltverträgliche, elektrostatische Beschichtung als Korrosionsschutz im eigenen Unternehmen. Kurze Lieferzeiten sind daher die Regel.

»Umweltschutz liegt uns am Herzen«, so Dr. Klaus Menge, der sich bereits in seiner Promotion mit dem Wirkungsgrad von Deckenstrahlheizungen befasst hat, »daher geht unser Denken über die Anwendung der Heiz- und Kühlelemente hinaus bis in unseren Alltag. In einem bisher einzigartigen Tiefenbohrungsprojekt leisten wir gemeinsam mit der Universität Kassel, dem Energieversorger HSE und dem hessischen Ministerium für Umwelt Pionierarbeit für die Nutzung von Erdwärme. Eine Bohrung in rund 800 m Tiefe wird im Frühjahr 2012 einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf auf eine Temperatur von rund 25 °C erwärmen. Eine nachgeschaltete Wärmepumpe sorgt für eine extrem niedrige Vorlauftemperatur von 35 °C, die ausreichend ist für die Beheizung unserer Fertigungshalle mit den Deckenstrahlheizungen und damit eine maximale Energieeffizienz bietet.«

Wie energieeffizient Frenger insgesamt arbeitet, zeigt ein Blick auf die Energiekosten in Abhängigkeit vom Umsatz. Ist es in vergleichbaren Produktionsunternehmen durchaus üblich, etwa fünf Prozent des Umsatzes für Energie auszugeben, so genügt bei Frenger ein Prozent. Die Anwendung bei Frenger zeigt erneut die Leistungsfähigkeit von Reis Robotics als Systemhaus, denn der Prozess und seine Abbildung im automatisierten System wurde von Reis in enger Absprache mit dem Kunden entwickelt. Die ausgeklügelte Mess- und Sensortechnik macht es möglich, individuelle Schweißaufträge für die wasserführenden Register ab Losgröße eins voll automatisch auszuführen, ohne dass dazu Anpassungen an der Steuerung/Programmierung notwendig sind.

Stephan H. Gursky

Freier Fachjournalist aus Wörth am Main

Zahlen & Fakten

- Reis-Roboterportal RLV03-123, Transfer 8000, Kragarm 2000, vertikal 1500 mm

- Schweißroboter Reis RV20-16, hängend

- Steuerung Reis RobotstarV-IPC

- Master-Slave-Steuerungssynchronisation

- Fronius-MIG/MAG-Inverter Transpuls Synergic TPS 4000 mit wassergekühltem Brenner von Dinse

- Vorrichtung zum Aufspannen der Register von Reis mit kompletter Sensorik zur Erkennung der Bauteile und deren Maße

- Schutzeinrichtung von Reis Robotics

Erschienen in Ausgabe: 02/2013