Trenntechnik

Multitalent

28.09.2006 | Redakteur:

Rohrleitungsmodule werden in einer Schneid-, Schweiß- und Markieranlage einbaufertig bearbeitet. Die Rohrleitungsmontage durch einbaufertige Module signifikant zu rationalisieren hat sich die KET...

Die Rohrleitungsmontage durch einbaufertige Module signifikant zu rationalisieren hat sich die KET Kirpal Energietechnik GmbH Anlagenbau & Co. KG, Wermsdorf auf die Fahne geschrieben. Kern der Rationalisierungsidee ist die automatisierte, industriemäßige Fertigung von Rohrleitungsmodulen für Energieverteilanlagen. Dafür müssen alle Module mit hoher Genauigkeit gefertigt werden, damit sie auf der Baustelle nahtlos aneinander passen. Das setzt eine genaue Fertigungsvorbereitung voraus, was beispielsweise mit dem Ausmessen der Versorgungsräume anfängt, in die später die Verteiltechnik zu installieren ist. Dazu verwendet man bei KET Laserpointer und mit Hilfe von effizienten Computerprogrammen werden die einzelnen Module einer Versorgungsanlage in der realen 3D-Welt der vermessenen Räume projektiert. Gearbeitet wird 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 automatisch arbeitenden Schneid-, Schweiß- und Markieranlage wird durch die Offline-Verbindung zur Projektierung und Konstruktion noch einmal erhöht.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 Gebläsen, Rückschlagarmaturen sowie aus den verbindenden Rohrleitungen. Die 3D-CAD-CAM-Methode ermöglicht es, modulare Anlagen so zu planen und vorzufertigen, dass sie gut bedienbar sind und optimal in die vorgesehenen Räume passen. Für die genaue Fertigung wurde eine robotergestützte Schneid-, Schweiß- und Markieranlage konzipiert, die für das Schneiden der Rohre mit einer Plasmaschneidanlage Hi-Focus 160i von Kjellberg Finsterwalde ausgerüstet ist. Die automatische Kombianlage hat zwei nach oben und nach vorn offene Arbeitskabinen, die von einem ABB-Roboter bedient werden, der sämtliche Schneid- und Schweißbrenner führt. Er ist über Kopf an einem C-Portal montiert, das sich auf einer 8 m langen Verfahranlage von einer zur anderen Zelle entsprechend des vorgegebenen Programms bewegt (Bild 1). In beiden Zellen kann plasmageschnitten, geschweißt und markiert werden. Das Ausgangsmaterial, bis zu 6 m lange Rohre, wird jedoch zuerst in der rechten Zelle geschnitten, wo eine Kombination aus einem 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 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 mm. Das Plasmaschneiden mit dieser Anlage erzeugt metallisch blanke und gratfreie Schnitte mit geringster Rautiefe. Die Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz ist sehr gering. Die Genauigkeit der Schnittführung liegt im Toleranzbereich von ±0,2 mm und kommt damit dem Laserschneiden sehr nahe. Für die Weiterverarbeitung der geschnittenen Rohrabschnitte bedeutet insbesondere die 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 angefast. Die Plasmaschneidanlage schneidet und markiert Baustähle, legierte Stähle, Aluminium und andere elektrisch leitfähige Werkstoffe im Bereich von 0,5 bis 50 mm Dicke. Durch diesen großen Einsatzbereich lässt sich die Maschine auch für andere Profile und für Tafelmaterial nutzen. Die automatische Schneid-, Schweiß- und Markieranlage verarbeitet derzeit Rohre von DN 65 bis DN 500. Sie kann aber so aufgerüstet werden, dass auch Rohre mit einem Nenndurchmesser bis 1000 mm verarbeitet werden können. Außer geringeren Investitionskosten liegen auch die Schnittmeterkosten beim Hi-Focus-Plasmaschneiden deutlich unter denen des Laserschneidens. Bereits bei herkömmlichen Baustählen bis zu einer Dicke von 8 mm sind die Schnittmeterkosten des Plasmaschneidens um 20 bis 30% unter den Kosten, die das Laserschneiden verursacht. Die Unterschiede wachsen mit der Materialdicke. Insbesondere aber geht die Kostenschere bei Leichtmetallen und hochlegierten Stählen weit auseinander. Dort wachsen die Schnittmeterkosten beim Hi-Focus-Verfahren moderat linear an, während beim Laserschneiden die Kosten exponential steigen und bei Dicken ab 8 mm etwa den fünffachen Betrag erreichen.Die hohe, mit dem Laserschnitt vergleichbare Schnittqualität ist ein Ergebnis des Zusammenwirkens von Soft-Switch-Invertertechnik mit der neuen Brennertechnik sowie der automatisch arbeitenden Gaskonsole Flow-Control. Bei der Soft-Switch-Invertertechnik handelt es sich um eine primärgetaktete elektronische Stromquelle, die einen Arbeitsbereich von 4 bis 160 A bietet. Damit ist sie in der Lage, mit dem gleichen Brenner in Material schonender Weise die vorgefertigten Baugruppen und funktionsfähigen Module so zu kennzeichnen, dass bei der Montage Verwechselungen ausgeschlossen werden. Durch die regelbaren Stromstärken auch im unteren Bereich, zwischen 4 und 25 A, lassen sich Strichdicke und Markierungstiefe einstellen. Das Körnen lässt sich ebenfalls mit unterschiedlichen Tiefen realisieren. Bei der automatischen Gaskonsole werden die Gase, die man zum Schneiden und Markieren braucht, durch die Eingabe des zu bearbeitenden Werkstoffs 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 außer der Vorschubgeschwindigkeit des Brenners, der Stromstärke der Stromquelle auch die optimal dosierte Zusammensetzung der Plasmaschneid- und Wirbelgase. Mit der automatischen Gaskonsole ist es erstmals möglich, genau reproduzierbare, optimale Gasgemische im Schneidprozess zu erzeugen und damit ein jederzeit wiederholbares Schneidergebnis zu gewährleisten. Dabei werden die einzelnen Gas-Volumina gemessen und gemäß der optimierten Sollwert-Vorgaben als Gasgemisch für die Plasmaschneid- und Wirbelgasversorgung der Brenner bereitgestellt. Die bisherigen automatischen Gaskonsolen arbeiten nur auf der Basis einer Druckregelung der Gase, die es nicht ermöglicht, sowohl kleinste Gasmengen bestimmter Gase zu dosieren als auch reproduzierbare Gasgemische im Schneidprozess zu sichern. Diese Flow-Control-Technik ist damit ein Schritt in Richtung einer bisher für das Plasmaschneiden nicht gekannten, laserähnlichen Schnittqualität bei gleichzeitig höherer Schnittgeschwindigkeit. Automatisches Brennerwechselsystem am PortalkopfSowohl das Schneiden als auch das Markieren und Schweißen übernimmt der Roboter als Führungsmaschine. Er 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 sowie MAG- und WIG-Schweißbrenner. Der MAG-Brenner trägt zusätzlich einen Tastsensor (Bild 4). Damit überprüft die Anlage automatisch die Durchmesserabweichungen des eingespannten Rohrs. Diese 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 Brenner garantiert innerhalb der geforderten Toleranz von ±1 mm bleibt. Diese große Toleranzbreite gehört zu den besonderen Vorzügen des Hi-Focus-Plasmaschneidens im Vergleich zum Laserschneiden, wo die Abstandstoleranz nur ±0,1 mm betragen darf. Für Prozessstabilität bei den Schweißprozessen sorgt eine im C-Portal integrierte automatische Brennerreinigungsstation sowie eine automatische Brennervermessungsstation. Sollten sich die Geometriedaten der Brenner ändern, wird automatisch eine Programmkorrektur eingeleitet, so dass stets optimale Schneid- und Schweißergebnisse erreicht werden. Auch der Plasmabrenner kann dort bei Bedarf automatisch vermessen werden.

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