Jetzt kommt’s richtig dick

Als erster Anwender im Maschinenbau hat TRUMPF das LaserHybrid-Schweißverfahren von Fronius erfolgreich für das robotergestützte Fügen von Blechen mit acht bis 200 Millimeter Stärke eingesetzt. Die ursprünglich für den Schiffbau entwickelte Technologie verbindet die Vorteile des MAG - und des Laserschweißens in einem System. TRUMPF fertigt damit tonnenschwere Maschinengestelle – und konnte dabei die Prozesssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Rentabilität erheblich steigern.

Selbst ein ausgewachsener SUV fände auf dem Schwenktisch der LaserHybrid-Anlage, die am Kompetenzstandort für Biegemaschinen des TRUMPF-Konzerns im österreichischen Pasching steht, problemlos Platz. Das Äußere des über 20 Meter langen Giganten erinnert mit seiner garagenförmigen Schutzeinhausung, den großen Hubtoren auf beiden Seiten, sowie auf Schienen verfahrbaren Rüststationen an eine Autowaschstraße. Aber nicht deshalb haben die Verantwortlichen für die Produktionsanlage, auf der Maschinenrahmen im großen Maßstab hergestellt werden, in der Planungsphase „Car Wash“ als Projektnamen gewählt. Vielmehr rief das großzügig dimensionierte, verfahrbare Portal im Arbeitsraum diese Assoziation hervor. Schließlich ermöglicht es dem daran hängend montierten Schweißroboter, den zu bearbeitenden Rahmen – genauso wie die Bürsten in einer Waschstraße das Auto – vollständig zu umfahren und jede Stelle des Werkstücks zu erreichen. Dieses kann damit die Anlage am Ende komplett fertig geschweißt verlassen.

 

ERSTMALS LASERHYBRID IM DICKBLECHBEREICH

Doch der eigentliche Clou der Anlage ist die verwendete Schweißtechnik. TRUMPF setzt als erstes Unternehmen einen ursprünglich für den Schiffbau entwickelten LaserHybrid-Schweißkopf bei Dickblechen zwischen acht und 200 Millimeter ein. Gefügt werden damit die Rahmen der Biegemaschinenserie TruBend 5000. Bevor die LaserHybrid-Anlage im Oktober 2014 ihren Serienbetrieb aufnahm, hatte TRUMPF diesen Arbeitsschritt an externe Unternehmen vergeben. Im wahrsten Sinne des Wortes keine leichte Sache: Schließlich wiegen die Maschinenrahmen nicht nur bis zu 20 Tonnen, sondern es mussten auch pro Rahmen mehrere Meter Schweißnaht unter Einhaltung hoher Präzisions- und Qualitätsanforderungen manuell angefertigt werden. Da jede Woche 20 Biegemaschinen im Werk in Pasching montiert werden, war der mit den Rahmen verbundene Transport entsprechend kosten- und zeitaufwändig.

 

Doch nicht nur deswegen suchte TRUMPF schon früh nach alternativen Fertigungsmöglichkeiten. „Die Vorlaufzeiten des externen Lieferanten waren lang und die Kostenstrukturen durch das manuelle Schweißen nicht optimal“, sagt Thomas Reiter, Produktionsbereichsleiter bei der TRUMPF Maschinen Austria GmbH + Co. KG. „Zudem sind bei der Fertigung von Hand Qualitätsschwankungen, beispielsweise in Bezug auf die Bauteiltoleranz, kaum zu vermeiden.“ Als 2012 eine neue Generation der TruBend 5000 aufgelegt wurde, entschied sich TRUMPF daher zum Bau einer eigenen Produktionsanlage für die Serienfertigung von Maschinenrahmen am Standort Pasching. Dreh- und Angelpunkt wurde eine robotergestützte LaserHybrid-Schweißanlage von Fronius.

 

OPTIMALE KOMBINATION ZWEIER PROZESSE

Ausschlaggebend für die Entscheidung war, dass Fronius schon seit vielen Jahren mit seinen MAG-Prozessen in der Fertigung von TRUMPF vertreten war. Der Schweißtechnik-Spezialist überprüfte zunächst das LaserHybrid-Verfahren auf seine Tauglichkeit im Dickblechbereich und passte dann die Gerätetechnik an die individuellen Anforderungen der Anlage an. Vergleichbare Lösungen von Fronius wurden bereits erfolgreich im Schiffbau beim Verschweißen sogenannter Holländerprofile sowie im Automobilbau eingesetzt. Der große Vorteil des LaserHybrid-Verfahrens liegt in der Kombination zweier Prozesse, die sich optimal ergänzen: Während der MIG-/MAG-Prozess für eine gute Spaltüberbrückung bei einfacher Nahtvorbereitung sorgt und die Heißrissanfälligkeit verringert, garantiert der Laser einen zuverlässigen, konzentrierten Wärmeeintrag in Verbindung mit einer hohen Einschweißtiefe.

 

Gemeinsam stellten die Fachleute von Fronius und TRUMPF die erhoffte Eignung des LaserHybrid-Prozesses im Dickblechbereich in praxisnahen und umfangreichen Tests unter Beweis. Da der Erfolg des Projekts aufgrund der Komplexität und des Umfangs jedoch nicht von Anfang an feststand, hatte der Produktionsbereichsleiter noch eine Rückfallstrategie in der Hinterhand: Notfalls sollte die Anlage nur mit MAG-Prozessen arbeiten. „Das hätte die Situation zwar schon in Bezug auf Kosten und Vorlaufzeiten verbessert, es wäre aber weiterhin ein externer Prozess erforderlich gewesen – inklusive aller damit verbundenen Nachteile.“

 

SCHWEISSEN OHNE GLÜHEN ODER INDUKTIVES ERWÄRMEN

Um die beim reinen MAG-Schweißen entstehenden Spannungen wieder zu beseitigen, müsste der ganze Rahmen auf 600 Grad Celsius erhitzt und dann langsam abgekühlt werden – möglich gewesen wäre das allerdings nur als externe Lösung. Die Alternative, induktiv vorzuwärmen, schließt Thomas Reiter als ebenfalls nicht effizient aus: „Die erforderlichen Anbauten für das induktive Erwärmen schränken die Zugänglichkeit zum Werkstück zu stark ein.“ Die Lösung bietet das LaserHybrid-Verfahren: Der Laser wärmt den Nahtbereich auf 150 bis 180 Grad Celsius vor, Glühen oder induktives Erwärmen ist damit nicht nötig. Das macht den gesamten Prozess deutlich effizienter.

 

Auch bei den Ergebnissen überzeugt das LaserHybrid-System: Es erreicht eine Einschweißtiefe bis zehn Millimeter bei optimaler Nahtqualität und ermöglicht damit, Kehlnähte ohne Nahtvorbereitung in einer Lage zu schweißen. Eine LaserHybrid-geschweißte a5-Naht erreicht so die gleiche Belastbarkeit wie eine MAG-geschweißte a8-Naht. Diese würde jedoch eine aufwändige und toleranzbehaftete Nahtvorbereitung und mehrere Schweißlagen erfordern. Durchschnittlich konnte TRUMPF durch den Einsatz des Hybridprozesses die Schweißlagen um 15 Prozent reduzieren. Insbesondere bei stark beanspruchten Schweißnähten setzt TRUMPF bevorzugt das LaserHybrid-System ein. Weil sich aber zum einen die Nähte mit dem Verfahren nur liegend gestochen schweißen lassen und zum anderen die Zugänglichkeit bei den Rahmen eingeschränkt ist, kann der Maschinenbauer nicht gänzlich auf das klassische MAG-Schweißen verzichten. Daher ist die Roboterzelle mit einem Werkzeugwechsler ausgestattet, wobei der Laser zum Vorwärmen für den reinen Standard-MAG-Prozess verwendet wird. Dadurch entfällt der Glühvorgang, und die komplette Prozesskette kann vor Ort abgewickelt werden.

 

ANLAGE BEGEISTERT KUNDEN UND BESUCHER

Sowohl für den Standard-MAG-Prozess als auch für den MAG-Anteil des LaserHybrid-Systems liefert jeweils eine Fronius-Schweißstromquelle TPS 5000 die nötige Energie und Rechenleistung. Die Laserquelle, ein Scheibenlaser vom Typ TruDisk 8002 einschließlich der Optik, kommt aus dem Hause TRUMPF. Die verwendete Gerätetechnik trägt wesentlich zur hohen Anlagenverfügbarkeit von über 97 Prozent bei. Der Maschinenbauer hat damit sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch die Rentabilität seiner Produktion signifikant erhöht. Kein Wunder, dass die LaserHybrid-Anlage sowohl die Verantwortlichen als auch Kunden und Besucher begeistert, wie Thomas Reiter berichtet: „Wir spüren ein sehr hohes Interesse an der Technologie. Anwender wie Windkraftanlagenhersteller, die Bleche mit dicken Wandstärken und entsprechend großen a-Maßen zu verschweißen haben, wollen auf den Zug aufspringen.“

„Alle Beteiligten haben an einem Strang gezogen, sodass es für Außenstehende kaum möglich gewesen wäre, zwischen Fronius- und TRUMPF-Mitarbeitern zu unterscheiden“.

THOMAS REITER, Produktionsbereichsleiter bei der TRUMPF Maschinen Austria GmbH + Co. KG , reflektiert zufrieden und lobt den Teamgeist.

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