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Robotik

Halb so lang

Schweißung von Gittermast-Eckstielrohren verbessert
An den Eckstielen der Gitterelemente sind Gabeln und Finger angeschweißt, die bei der Montage der Masten ineinandergeführt und durch Bolzen fixiert werden. Diese Schweißnähte müssen hohen Beanspruchungen standhalten.
Liebherr konnte die Schweißzeit bei den Eckstielrohren für die Gittermasten von Raupenkränen um mehr als die Hälfte verkürzen. Ermöglicht hat dies ein eigens für diesen Einsatz gebauter Schweißroboter von igm.

Das Liebherr-Werk Ehingen ist auf die Herstellung von Mobil- und Raupenkränen spezialisiert. Dafür werden hier pro Jahr über 20.000 Tonnen Feinkornbaustähle verarbeitet. Die All-Terrain-Mobilkrane mit bis zu neun Achsen werden auf eigengefertigten Fahrgestellen aufgebaut. 75 Prozent des Umsatzes werden mit diesen Geräten erwirtschaftet. 20 Prozent Umsatz erbringen die Raupenkrane der obersten Größenklassen mit Tragkräften über 350 Tonnen. Diese Großgeräte werden zum Beispiel für die Montage von Windkraftanlagen eingesetzt, aber auch für den Zusammenbau großer Fertigteilkomponenten oder das Einheben schwerer Brückenbauteile. In diesem Werk wird auch der größte konventionelle Raupenkran der Welt gebaut: Er hat eine Tragkraft von 3.000 Tonnen. Allein das Raupenfahrwerk dieses Giganten ist dreieinhalb Meter hoch. Mit seinem 120 Meter langen Hauptmast und seiner 126 Meter langen Wippspitze erreicht der Kran eine Hakenhöhe von 240 Metern. Zum Transport werden die Großkräne in Einzelteile von maximal 70 Tonnen zerlegt, der Hauptmast und die Wippspitze zum Beispiel in zwölf Meter lange Gitterelemente. An ihren Eckstielen sind Gabeln und Finger angeschweißt, die bei der Montage der Masten ineinandergeführt und durch Bolzen in den Augenbohrungen fixiert werden. Die Schweißnähte sind also äußerst hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Die manuelle Schweißung benötigte bei einem einzigen Eckstielrohr mit 419 Millimeter Durchmesser und 60 Millimeter Wandstärke 25 Stunden. Nun verkürzt eine Schweißroboteranlage von igm diese Zeit auf weniger als zehn Stunden.

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Kernstück der Anlage ist ein sechsachsiger Roboter des Typs RTi330, der an einem Ausleger installiert ist. Dieser wiederum ist an einer Säule montiert, über deren Fahrwerk der Roboter auf einer Länge von 15 Meter in Achsrichtung fahren kann. Damit kann er sowohl die Schweißungen an beiden Enden der Eckstielrohre durchführen als auch sogenannte Bedarfsschweißungen im gesamten Längenbereich der Rohre. Der Manipulator, auf dem die zwischen 2,5 und 5,5 Tonnen wiegenden Eckstielrohre aufgelegt werden, verfügt über eine angetriebene Lünette und drei Unterstützungs-Rollböcke. Alle sind so auf Rohrdurchmesser zwischen 150 und 500 Millimeter einstellbar, dass sich die Rohrachse immer an der gleichen Position befindet. Außerdem ist an jedem Ende des Manipulators eine Bürsteinrichtung installiert, mit der die Naht von Schlacke gesäubert werden kann.

Die Rohre sind aus hochfestem Feinkornbaustahl 890, Finger und Gabeln aus vergütetem Stahlguss. Die einzelnen Strichraupen werden bei 450 Ampere mit einer Geschwindigkeit von 70 bis 80 Zentimetern pro Minute geschweißt. Um diese hohe Leistung zu erreichen, arbeitet der Schweißroboter mit einem Twin-Brenner, der dem Schweißbad zwei Drähte zuführt. Der erste führt die Masterfunktion aus und schweißt mit Drahtvorschubgeschwindigkeiten zwischen zehn und 10,5 Meter pro Minute, der zweite mit neun bis 9,5 Meter pro Minute. Die beiden MAG-Schweißdrähte des Typs Union X90 sind 1,2 Millimeter dick. Als Schutzgas dient 85 Prozent Argon und 15 Prozent CO2.; pro Minute werden 20 Liter benötigt.

Großvolumige Schweißnähte

Zum Schweißen werden die Eckstielrohre mit angehefteten Gabeln beziehungsweise Fingern angeliefert. An diesen Gussteile sind die schrägen Flächen der Nahtvorbereitung angedreht. Der zylindrische Teil der Gabeln und Finger ragt einige Millimeter in das Innere des Rohrs und bildet die Schweißbadsicherung. Die zwischen 25 und 60 Millimeter messenden Wandstärken und der im Winkel von zwei mal 20 Grad geöffnete Schweißspalt ergeben großvolumige V-Nähte, die mit bis zu 80 Strichraupen und einer ganzen Reihe von Schichten geschweißt werden. Der Manipulator der Anlage dreht das Rohr so, dass der Roboter immer an der höchsten Stelle schweißt, also weder steigend noch fallend. Die Herausforderung liegt demnach nicht an der Zugänglichkeit der Schweißnähte und auch nicht beim Schweißverzug, der auf der gesamten Rohrlänge nur einen Millimeter beträgt. Hingegen hat die fehlerfreie Ausführung der Schweißung entscheidende Bedeutung. Ebenso wichtig ist das exakte Einhalten des Temperaturfensters zwischen 120 und 200 Grad Celsius, um das Entstehen von Wasserstoffrissen (Kaltrissen) zu verhindern.

In einem ersten Arbeitsschritt wird die Wurzellage geschweißt, einer Sichtprüfung unterzogen und danach eventuelle Kerben ausgeschliffen. Daraufhin scannt der im Roboter integrierte iCAM Schweißnahtsensor, ein von igm entwickelter Laser-Linienscanner mit 150 Millimetern Reichweite, die Nahtquerschnittsfläche. Dazu vermisst er auf den 360 Grad des Umfangs 1.200 Querschnittsframes. Mit den einzelnen Querschnittsberechnungen kann die Steuerung das Schweißnahtvolumen trotz der großen Rohr-Rundheitstoleranzen ständig dem aktuellen Querschnitt anpassen. Um die Schweißfuge auf dem gesamten Umfang gleichmäßig zu füllen, kann die Steuerung dem Sensorsignal entsprechend Schweißgeschwindigkeit, Leistung, Pendelbreite und Drahtvorschub kontinuierlich der veränderten Nahtgeometrie anpassen. Weitere Scan-Durchgänge nach einer, zwei und vier Lagen sichern trotz der Rohrunwuchten eine konstante Schweißnahtfüllung über den gesamten Querschnitt. pb

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