Plasmaschneid-Roboter reduziert deutlich die Fertigungszeit

Den Durchsatz in ihrer Fertigung wollte die AMS Apparate-Maschinen-Systeme Technology deutlich erhöhen — und das mit der gleichen Mannschaft und auf der bestehenden Produktionsfläche. Daher fällten die Fertigungsexperten von AMS die Entscheidung, die zeitaufwändige Handarbeit beim Schneiden des Edelstahlmaterials zukünftig von einem Roboter erledigen zu lassen. Die Marktrecherche fiel zunächst ernüchternd aus: Statt der geforderten Absolutgenauigkeit von ±1 mm wollten Anbieter nur 3 bis 5 mm Toleranz garantieren.

Das war für AMS völlig inakzeptabel. Diese hohen Fertigungstoleranzen an geschnittenen Mantelblechen würden beim späteren Runden der Bleche zu einem Behältermantel zu Sprüngen oder Absätzen führen und sich deshalb nicht problemlos weiterverarbeiten lassen. Ferner werden die Behälter in Prozessanlagen integriert, was aufgrund der Verrohrung perfekt positionierte Anschluss-Stutzen erfordert.

Dreidimensionale Zuschnitte bis zu einer Materialdicke von 50 mm

Fündig wurde das AMS-Team schließlich bei Cloos in Haiger. Der Anbieter von Schweiß- und Robotertechnik überzeugte durch einen sehr stabilen Stahlbau. Bei 8 m Länge, 3 m Breite und 1 m Hubhöhe kommt es bei weniger stabilen Portalen zu Verbiegungen. Cloos versprach maximal 1 mm Längsschnitt-Toleranz — in der Praxis ist die Anlage noch genauer und erreicht 0,7 mm. Mit der neuen Anlage ist es möglich, automatisch dreidimensionale Zuschnitte an verschiedenen Behälterböden bis zu einer Materialdicke von 50 mm einzubringen. Die Böden können bis zu 1500 mm hoch sein und einen Durchmesser bis 4000 mm haben. Derzeit werden Materialdicken bis 25 mm verarbeitet. Die Anlage ist aber ausgelegt für bis zu 50 mm dicke Edelstähle (bis 35 mm bei 45° Fase).

Gleichzeitig ist es aber auch möglich, ebene Bleche wie den Mantel inklusive aller darin enthaltenen Stutzenkonturen und Ausschnitte oder die Transportösen eines Behälters zu schneiden und zur Schweißnaht-Vorbereitung anzufasen. Außerdem hat der Plasma-Schneidanlagen-Hersteller Kjellberg einen Anreiß-Modus in die Steuerung integriert, damit der leistungsreduzierte Plasmastrahl die Edelstahloberfläche nur dort anritzt, wo später eine Schweißnaht positioniert wird.

Schnellerer Fertigungsfluss durch zwei geteilte Schneidtische

Die zu bearbeitenden Bauteile werden der Anlage auf zwei geteilten Brennschneidtischen von je 4 m × 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, so dass eine Fertigungsfläche von 4 m × 8 m zur Verfügung steht. In die Tische integriert ist eine Absaugung, deren Klappen nur dort öffnen, wo der Brenner gerade arbeitet. Dazu musste ein spezieller Algorithmus geschaffen werden, der die Roboterdaten in aktuelle Brennerpositionsdaten umrechnet.

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. Auch die Absauganlage hat der Kunde beigestellt, über die zudem gleichzeitig in der angrenzenden Schleiferei für gute Luft gesorgt wird.

Steif ausgelegtes Portal mit 6-achsigem Cloos-Roboter Romat 350 bestückt

Das sehr steif ausgelegte Portal wurde mit einem 6-achsigen Cloos-Roboter 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-, Korb- 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 die Stelle, an der anschließend der Ausschnitt geschnitten wird, und erledigt den Ausschnitt quasi beim Umdrehen des Brenners – vom kleinen Stutzen- bis zum großen Mannloch. Fasen bis 45° sind dabei möglich. Ein Standardboden von 1400 mm Durchmesser mit zwölf Stutzen braucht etwa 80 Minuten Messzeit und nur 13 Minuten Schneidzeit. Dabei ist es unerheblich, ob axiale oder radiale Löcher geschnitten werden.

Alle Produktionsschritte werden zuvor auf einem leistungsstarken PC offline programmiert und simuliert, bevor das Programm auf die Plasmaschneidanlage übertragen wird. AMS kann also unabhängig von der Fertigung die Kundenprojekte abarbeiten. Das menügeführte Offline-Programm Moses von Autocam überzeugte durch seine einfache Bedienbarkeit und den modularen Aufbau. Die Software beinhaltet direkt auf die Anforderungen zugeschnittene Bearbeitungsmodule zum Beispiel für Blechzuschnitt inklusive Fasen oder Bodenbearbeitung mit Fasen. Daher konnten sich die Mitarbeiter ohne großartige Programmier-Kenntnisse für diese neue Aufgabe qualifizieren.

Weil die Anlage netzwerkfähig ist, werden die Daten nach der 3D-Konstruktion in die Fertigung übertragen. Die Rotrol-Robotersteuerung setzt die Files in genaue Roboterbewegungen um. Bedient wird sie über das PHG, das handliche 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.

Fertigungszeit von zwei Tagen auf vier Stunden reduziert

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, wobei die gesamte Bearbeitungszeit von der Komplexität und der Anzahl der Schnitte abhängt. Allein das manuelle Anreißen der Konturen nach Zeichnung war sehr zeitaufwändig gewesen. Weil der Roboter sehr genau arbeitet, sind nun kaum noch Nacharbeiten erforderlich.

Und noch ein Argument spricht für die automatisierte Anlage: Im Unterschied zur Handarbeit wird eine hohe Konformität von Zeichnung zu Produkt erreicht. So lassen sich reproduzierbare Bauteile anfertigen, was beispielsweise den späteren Austausch von Behältern einfach möglich macht. AMS geht durchschnittlich von 15 bis 20% weniger Fertigungskosten aus. Da braucht man sich über die Amortisationszeit keine Sorgen zu machen.

Dipl.-Ing. Manfred Damm ist Spartenleiter Sondermaschinen bei der Carl Cloos Schweißtechnik GmbH in 35708 Haiger. Dipl.-Ing. Walter Lutz ist freier Fachjournalist in 35708 Haiger