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Basisseminar RWTH AachenSo läuft's zwischen Mensch und Maschine

RWTH Aachen Basisseminar

Im Basisseminar „Mensch-Roboter-Kollaboration“ des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen sollen Grundlagen im Bereich Mensch-Roboter-Kollaboration vermittelt werden, außerdem wird analysiert, welcher Roboter zu welchem Anwendungsfall passt.

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Roboter-EngspaltschweißenSchwert-Schweißer

MAG-Engspaltschweißen reduziert Fertigungszeiten an dickwandigen Bauteilen
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Roboter-Engspaltschweißen: Schwert-Schweißer
Siemens, Hersteller von Gasturbinen für Kraftwerke, setzt bei der Bearbeitung der Turbinengehäuse das Engspaltschweißen per Roboter ein. Das Verfahren wurde in Zusammenarbeit mit Cloos zur Serienreife gebracht und eignet sich für die Verarbeitung von Bauteilen mit mehr als 35 Millimeter Blechdicke.

Der Wandlungsprozess innerhalb der Energiewirtschaft bringt es mit sich, dass die Stromerzeugung mittels Gasturbine, wie sie Siemens im Werk Berlin für den Weltmarkt fertigt, zunehmend stärker nachgefragt wird. Besonders Länder mit Erdgasvorkommen entdecken die höhere Wertschöpfung der Verstromung, statt Gas einfach zu exportieren. Entsprechend groß ist der Fertigungsdruck. Räumlich expandieren kann Siemens an dem Traditionsstandort mit dem historischen Hallen-Ensemble mitten in Berlin kaum noch – also geht es darum, mit dem Einsatz moderner Fertigungstechnik die Produktion weiter zu optimieren, die Qualität zu erhöhen und den Ausstoß zu steigern. Bei den einzelnen Gehäuseteilen einer Gasturbine – sie messen bis 4,60 Meter im Durchmesser und werden aus bis zu 100 Millimeter starkem, warmfesten Baustahl der Qualität 16 MO3 gefertigt – hatten die Verantwortlichen längst den Bereich der Schweißtechnik im Blick. Hier arbeitet Siemens schon seit Jahren mit einer modernen Roboteranlage von Cloos, auf der zum Beispiel das 30 Tonnen schwere Endstück der Gasturbine geschweißt wird. Die etwa 140 Meter Kehl- und V-Nähte werden darauf in 30 Prozent weniger Schweißzeit realisiert; die Nacharbeit sank deutlich um mehr als zehn Prozent.

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Draht pendelt im Engspaltschwert

Ein weiteres Rationalisierungspotenzial entdeckten die Experten im Bereich der Verschweißung der riesigen Flansche und Mannlöcher. Für diese Verbindungsnähte im MAG-Handschweißverfahren waren bis zu vier Acht-Stunden-Schichten nötig. Dabei schluckte jede Naht wegen der 50-Grad-V-Geometrie etwa 150 Kilogramm Schweißdraht. Es fehlte die Technologie, um diesen zeit- und materialintensiven Arbeitsschritt zu optimieren. Hier geriet nun die roboterbasierte Lösung von Cloos in den Fokus: Das Unternehmen aus Haiger entwickelte ein besonderes Engspaltschwert – rund 30 Zentimeter lang – mit einer Breite von 16 Millimeter, das der Roboter in den Spalt zwischen Gehäusemantel und Mannlochstutzen beziehungsweise Flansch eintaucht. Statt der aufwändigen und großvolumigen V-Nähte kann Siemens durch das neue Verfahren eine Engspaltnaht mit parallelen Nahtflanken und einer Spaltbreite verwenden, die nur 20 Millimeter beträgt. Zur Vorbereitung der Nahtflanken ist die Qualität des konventionellen Brennschnitts ausreichend. Das Engspaltschwert führt Drahtelektrode, Schutzgas und Kühlwasser. Der Schweißdraht im Schwert wird über einen Mechanismus so bewegt, dass er exakt über dem Schweißbereich hin- und herpendelt. Im MAG-Engspaltverfahren werden bei den 300 Millimeter starken Bauteilen so über 80 Lagen in gleichbleibend hoher Qualität aufgebracht. Der Roboter braucht dafür weniger als vier Stunden und bringt nur etwa 30 Kilogramm Schweißgut ein.

Um die großen Turbinenteile mit bis zu 4,60 Meter Durchmesser und zwei Meter Tiefe optimal schweißen zu können, installierte Siemens im Sommer 2011 eine neue, komplexe Roboterschweißanlage. Hier werden zwei Roboter an einem 32 Meter langen und acht Meter hohen Portal mit einer Tiefe von 7,7 Meter bewegt. Es überstreicht vier Arbeitszellen; in zweien schweißen die Roboter, in den anderen bereiten die Werker die Bauteile vor und nach. Dabei wechseln die Roboter automatisch zwischen der neuen Engspalttechnik und dem MAG-Eindrahtprozess, mit dem die dicken Halbringe ins Turbinengehäuse geschweißt werden. Über das Portal erreichen die gelenkigen Sechsachser alle Schweißnähte an den bis zu 60 Tonnen schweren Gehäuseteilen. pb

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