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Anfasen in allen denkbaren Konturen

: igm


1973 begann die Erfolgsgeschichte des Wiener Unternehmens Techno-Stahl, das heute zu den modernsten Brennschneidbetrieben in Europa zählt. Zu einem besonderen Glanzlicht im fertigungstechnischen Dienstleistungsangebot gehört das automatisierte, beidseitige Anfasen von dicken Blechen in allen denkbaren Konturen, ohne das Werkstück wenden zu müssen. Die dafür eingesetzte ibs-Fasmaschine entwickelte, baute und lieferte die igm Robotersysteme AG.

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Die ibs-Fasmaschine ist in stabiler Portalbauweise ausgeführt und ermöglicht hochgenaues, sensorgeführtes Anfasen ebener Bleche bis zu 450 mm Dicke. (Alle Bilder: igm Robotersysteme AG)

Die ibs-Fasmaschine ist in stabiler Portalbauweise ausgeführt und ermöglicht...

Als erfolgreicher Händler verfolgte DI Edward Ferszt, Geschäftsführer bei Techno-Stahl, seit 1975 das Ziel, den Kunden einen möglichst großen Zusatznutzen zu bieten, ohne dabei zum Wettbewerber seiner Kunden zu werden. Der zielstrebige Ausbau wird durch folgende Stationen sichtbar: „1979“, berichtet Edward Ferszt, „installierten wir die erste, optisch gesteuerte Brennschneidmaschine. Seit 1984 bieten wir Plasmaschneiden an. 1986 haben wir die erste CNC-gesteuerte Brennschneidmaschine als eine von insgesamt 5 Schneidanlagen in Betrieb genommen. 1991 folgte die zweite, große CNC-gesteuerte Schneidanlage. Nach dem Bau des neuen Betriebsgebäudes zogen wir 2003 in die fertigen Gebäude ein. Dort haben wir einen der modernsten Stahl-Anarbeitungsbetriebe Europas installiert.

„Trotzdem“, hebt Edward Ferszt hervor, „geht der Ausbau weiter. So haben wir 2005 mit der Inbetriebnahme des leistungsfähigsten und größten Wärmebehandlungsofens im Raum Wien und Umgebung die Palette der Dienstleistungen durch Normalisieren, spannungsarm Glühen und andere thermische Veredlungsverfahren ergänzt. Darüber hinaus runden wir unsere Dienstleistungspalette mit oberflächenvergütenden Bearbeitungen durch unsere Strahlanlage sowie mit Richtarbeit auf unserer 1.000 to Richtpresse ab. Im August 2008 haben wir eine ganz besondere Vorbearbeitung in unser Leistungsangebot aufgenommen: Mit der ibs-Fasmaschine von igm können wir nun dicke Bleche in allen denkbaren Konturen automatisiert anfasen.“

Anfasen als zusätzliche Dienstleistung

Neben der Rationalisierung des Schneidprozesses selbst setzt das exakt ausgeführte Anfasen Rationalisierungsimpulse
für den nachfolgenden Schweißprozess. Die ibs-Fasmaschine schneidet so genau, wie es der geschickteste Facharbeiter nicht vermag. Die Faswinkel lassen sich exakt einstellen und werden entlang der ganzen Blechkante gehalten. Die ibs-Fasmaschine ist in der Lage, abhängig von den Blechdicken Steggenauigkeiten im Toleranzbereich von 1 bis 2 Millimeter auszuführen, wobei im laufenden Optimierungsprozess von einer weiteren Eingrenzung der Toleranzgrenzen bis innerhalb von 0,5 Millimeter ausgegangen wird. Was im manuellen Anfasen praktisch kaum denkbar ist, beherrscht die Maschine mit Leichtigkeit: Der Fasenwinkel kann im automatisierten Prozess an einem Werkstück kontinuierlich verändert werden. Darüber hinaus ist ein Anfasen an gebogenen und kreisrunden Konturen möglich (Bild 5). Die ibs-Fasmaschine fast Innen- und Außenkonturen an, außerdem lassen sich trichterförmige Löcher beispielsweise in Maschinenbauteile schneiden, die aus dicken Blechen gefertigt werden.

Rationalisierungseffekte

Für einen Aufschlag, der weit unter dem Aufwand für das manuelle Anfasen oder Fräsen liegt, erhält der Kunde ein angefastes Bauteil, in einer Qualität, die einzig der automatisierte Prozess erreicht. Im Vergleich zur herkömmlichen Technik, die in der Regel aus dem mechanischen Anfasen besteht, erreicht die ibs-Fasmaschine mehr als die doppelte Schnittgeschwindigkeit. Die Fasengeometrie kann bei Bedarf innerhalb einer Kantenlänge ab einer exakt definierten Position verändert werden. Auf diese Weise erfolgt eine gezielte Nahtvorbereitung. Je genauer diese erfolgt, desto sicherer lassen sich die Schweißnähte mit gleich bleibend hoher Qualität ausführen. So erhöht sich die Produktivität des Schweißprozesses. Die Zeit für die Schweißnahtvorbereitung wird signifikant verkürzt und der Schweißprozess läuft mit hoher Stabilität ab.

„Das automatisierte Anfasen“, erläutert DI Edward Ferszt weiter, „dient nicht nur der Schweißnahtvorbereitung. Mit der ibs-Fasmaschine erledigen wir außerdem Funktions- und Design-Schnitte. Auf ebenen Blechen fast die Maschine so gut
wie alle denkbaren Konturen an und selbst spitzwinklig auslaufende Fasenschnitte sind möglich.“ Ein Beispiel dafür sind Baggerschaufeln aus harten Metallen. Gerade an diesem Beispiel zeigt sich das Können der Fachleute, wie sie mit der ibs-Fasmaschine ihre Erfahrungen in der Bearbeitung von sehr verschleißfesten Stählen wie beispielsweise die aus Schweden importierten Hardox-und Weldox-Stähle umsetzen. „Zu den Rationalisierungsergebnissen“, hebt der Geschäftsführer hervor, „zählen letztendlich auch folgende Vorteile: Der Kunde, der bei uns angefaste Teile kauft, braucht den abgebrannten Schrott weder verwalten noch entsorgen. Auch spart er einen rauchgas-, staub- und hitzeerzeugenden Prozess ein. Die Zentralisierung von Anfasarbeiten beim Lieferanten der zugeschnittenen Blechteile reduziert des Weiteren die Kosten fürs Absaugen, Filtern und Entsorgen der entstehenden Rauchgase und Schmutzpartikel.“

Wenn man die Schnittflächen, die das Autogenschneiden erzeugt, abtastet, fühlt man eine etwas raue, aber sehr ebene Fläche, die keinerlei Einschnitte oder Riefen aufweist. Deshalb ist zur Nachbearbeitung von Designflächen nur ein äußerst geringer Aufwand erforderlich. Zum nachfolgenden Schweißen sind keine Nachbearbeitungen der Schnittflächen erforderlich. All diese Vorzüge kommen jedoch nicht nur dem Stahlhändler mit einem hohen Anarbeitungsgrad seiner Teile zugute, sondern auch den Kunden sowie den Fertigungsbetrieben, die in einem hohen Auslastungsgrad ihre Blechteile selbst fertigen.

Arbeitsvorbereitung zum Anfasen

Die ibs-Fasmaschine von igm befindet sich in einer Werkhalle, in der sich auch die Autogen- und die Microplasmaschneidanlage befinden. Trotz dieser von Natur aus stark Rauchgas emittierenden Verfahren bietet die Werkhalle eine unbelastete, saubere Atmosphäre. „Alle Schneidanlagen“, erklärt Ing. Michael Halmetschleger, Technische Leitung bei Techno-Stahl, „sind an unsere zentrale Absauganlage angeschlossen. Auch die Rauchgase von der ibs-Fasmaschine werden
unter dem Schneidtisch abgesaugt. Das Absaugen erfolgt sektionsweise immer dort, wo gerade geschnitten wird. Deshalb arbeitet die zentrale Ansaugung mit einem hohen Wirkungsgrad.“

„Mit dem Auftrag“, erläutert Ing. Alexander Chalupa, Arbeitsvorbereitung bei Techno-Stahl, „liefert der Auftrageber auch seine Angaben zu den Fasaufgaben mit. Wir erstellen aus den Geometriedaten des Werkstücks und den Materialdaten die Schneidprogramme und senden sie über eine interne Netzwerkleitung an den Speicher der ibs-Fasmaschinensteuerung. Diese Steuerung erlaubt es, den Schneidtisch mit maximal acht Werkstücken in zwei Stationen zu belegen.“ Das anzufasende Werkstück wird auf dem Display der Maschinensteuerung abgebildet. Das erleichtert dem Bediener, das Werkstück auf dem Schneidtisch optimal zu positionieren. „Jedes Werkstück“, beschreibt igm-Marketing Manager DI. Martin Wihsbeck, „muss innerhalb einer großzügigen Toleranzgrenze von etwa zehn Millimeter in der Nähe eines vom Anwender definierten Nullpunktes auf dem Schneidtisch abgelegt werden. Die Steuerung ermöglicht dem Anwender, bis zu 16 Nullpunkte auf zwei Arbeitsstationen zu definieren.“

Die Werkstücke werden mit Hilfe von Halbportalkränen über Zwischenstationen von den Schneidanlagen auf den Schneidtisch der ibs-Fasanlage bequem und sicher abgelegt. Auf dem Schneidtisch liegen die Werkstücke erhöht auf aufsteckbaren und damit beliebig positionierbaren, 90 Millimeter hohen Spitzen. Das ist notwendig, um Ober- und Unterfasen zu schneiden, ohne das Werkstück wenden zu müssen. „Sehr flache Schnittwinkel schneiden wir seitlich so am Steg ein, dass wir sie jeweils an der unten liegenden Seite ausführen“, meint DI Edward Ferszt.

Drehbarer Schneidkopf

Das Herz der patentierten ibs-Fasmaschine ist der drehbare Schneidkopf, der von einem portalförmigen Schlittensystem entlang der X-, Y- und Z-Achsen über den gesamten Schneidtisch bewegt wird. „Während
für eine räumliche Anstellung eines Brenners alle Achsen eines Knickarmroboters gemeinsam verwendet werden müssen“, erklärt Martin Wihsbeck, „wurden die Achsen der ibs-Fasmaschine baulich soweit entkoppelt, dass sie separat ansteuerbar sind. Zu den drei Linearachsen gesellen sich die zwei Drehachsen im Schneidkopf, der zum einen den Schneidbrenner und zum anderen die Laserkamera als optischen Sensor zur Kantennachführung aufnimmt.“

Um den Brenner zum gewünschten Anfaswinkel auszurichten, müssen zwei Drehbewegungen angesteuert werden: Die eine Drehbewegung übernimmt die Schneidkopfdrehachse. Die Brennerkippbewegung führt das Parallelogramm aus, an das der Brennerhalter installiert ist. Auf diese Weise kann während der Bewegungen in den horizontalen Richtungen jeder beliebige Schneidwinkel für jede Schneidrichtung über das Parallelogramm eingestellt werden, ohne dass sich die Position des Brenners TCP (Tool Center Point) ändert. Natürlich muss sich der Bediener keine Gedanken um die Ansteuerung der einzelnen Achsen machen, die Steuerung erledigt das nach Eingabe der gewünschten Fasengeometrie ganz von selbst.

Vorausschauende Erfassung

Ebenfalls an der Drehachse installiert, trägt der Schneidkopf eine wassergekühlte Laserkamera. Sie ist etwa 50 cm über der Blechkante installiert und übernimmt zwei Aufgaben: Zu Beginn des Schneidprozesses fährt sie in drei Suchfahrten an zwei, im Idealfall rechtwinkeligen Kanten des aufgelegten Bleches ab. Bei kreisrunden Werkstücken werden zwei gegenüberliegende Kanten detektiert. Nach der Suchfahrt wird das Schneidprogramm an die reale Lage des Teils angepasst. Die aktuelle Position des Werkstücks und auch eventuelle Verdrehungen werden durch die Kamerasuchfahrten erkannt und durch Programmverschiebung und –verdrehung ausgeglichen. Kurz vor dem Schneiden stellt die Drehachse die Kamera vor den Brenner, so dass die abzufahrende Blechkante stets vorausschauend erfasst wird. „Dabei“, so Martin Wihsbeck weiter, „ist das Suchprogramm während
des Brennschneidens in der Lage, den Brenner nicht nur exakt entlang der Blechkante zu führen, es regelt den Schneidkopf auch in vertikaler Richtung, wenn sich die Bleche durch Wärmeeintrag verziehen sollten. Auf diese Weise wird die geringe Toleranz in den Abweichungen der Steghöhe erreicht.“

„Obwohl alle Schneidparameter im NC-Schneidprogamm von der Arbeitsvorbereitung vorgegeben werden“, hebt Michael Halmetschleger hervor, „kann der Bediener die Schneiddaten sowohl an der Maschinensteuerung als auch am Programmierhandgerät so verändern, bis der Schnitt in gewünschter Qualität ausgeführt ist.“

Die ibs-Fasmaschine kann Bleche mit einer Dicke von 5 bis 450 mm anfasen. Jedem Schnittbereich sind spezielle Autogen-Schneiddüsen zugeordnet. Sechs Düsen für unterschiedliche Schnittbereiche lagern in einem Magazin, das am Portal mitfahrend installiert ist. Unter sensorischer Überwachung erfolgen notwendige Brennerdüsenwechsel programmgesteuert. „Dieses zusätzliche Angebot an fertigungstechnischen Anarbeitungen“, resümiert Techno-Stahl-Geschäftsführer Edward Ferszt, „haben unsere Kunden gut angenommen. In Spitzenzeiten arbeitet die ibs-Fasmaschine so zuverlässig in zwei Schichten, dass sie auch einen Dreischichtbetrieb bestens durchstehen würde.“


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