Vorbereitung für die Verbindung, d. h. das Anfasen der Kanten beim Schneiden
Abb. 1: Manuelle Vorbereitung von Schweißfugen
Alle Schweißer und Fertigungstechniker kennen das Problem, das sich aus der Notwendigkeit ergibt, die Kanten von zu verschweißenden Bauteilen anzufasen. Dieses Problem wird umso größer, je größer die einzelnen Bauteile sind (z. B. im Schiff- und Brückenbau) oder wenn die Bauteile aus sehr dicken Materialien gefertigt werden (insbesondere im Bergbau und im Militär).
Bis heute schneiden die meisten Betriebe die Bauteile senkrecht zum Material zu und bereiten anschließend die Schweißfasen vor. Dieser Prozess sieht so aus, dass das senkrecht geschnittene Element zu einer Nachbearbeitungsstation transportiert wird, wo es mit Hilfe einer Fräsmaschine, eines Autogen- oder Plasmaschneidbrenners abgeschrägt wird. Häufig wird es auch geschliffen. Dadurch verlängert sich der Produktionsprozess, was wiederum die Kosten erhöht.
Lösungen, die in letzter Zeit an Beliebtheit gewinnen, sind 3D-Schneidemaschinen und Roboter, die das Schneiden und Anfasen von Materialien in beliebig variierbaren Winkeln ermöglichen. Ihr Einsatz sorgt neben einer mindestens vierfachen Verkürzung des Produktionsprozesses für weitere messbare Vorteile:
- Platzersparnis in der Halle – ein umständlicher Gehrungsarbeitsplatz, der schädliche Gase, Staub und Lärm verursacht und zusätzlich gemäß den Arbeitsschutzvorschriften gesichert werden muss, wird überflüssig;
- geringerer Arbeitsaufwand und die Möglichkeit einer optimaleren Personalauslastung;
- kein zusätzlicher Transport der bearbeiteten Teile erforderlich;
- bessere Arbeitsatmosphäre in der Halle durch Beseitigung der Lärmquelle (Schleifmaschinen);
- Reduzierung der Brandgefahr durch den Wegfall von Handbrennern und Gasbehältern.
Abb. 2: Abgeschrägte Kanten bei einem Element aus 16 mm schwarzem Stahl
Aufgrund der geringen Kosten und der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten erfreuen sich Schneidmaschinen auf Basis der Plasma- und Autogentechnologie größter Beliebtheit. Der Grund liegt auf der Hand: Für die Herstellung von Schweißkonstruktionen wird meist Baustahl mit einer Dicke von 4 bis 50 mm verwendet. Praktische Tests zum 45°-Gehrungsschnitt mit einer Plasmaschneidemaschine haben gezeigt, dass diese sich hervorragend für Material mit einer Dicke von 1 bis 35 mm eignet. Dagegen ist die Sauerstoffschneidmaschine sogar bis zu einer Dicke von 200 mm einsetzbar.
Die Konstruktion einer Maschine zum Anfasen von Blechen stellt für Hersteller eine große Herausforderung dar. Besondere Aufmerksamkeit müssen sie dabei der Positionierung des Schneidkopfes, dessen Schwenkbarkeit sowie der Kompensation von Abweichungen des Schnittwinkels widmen.
Der Schlüssel zu einer hohen Kantenqualität ist auch die Einhaltung eines konstanten Abstands des Brenners zum Material, insbesondere beim Plasmaschneiden. In der Regel weist das zu schneidende Material keine absolut glatte Oberfläche auf. Zudem ist es Spannungen und vorübergehenden thermischen Einflüssen ausgesetzt, die das Plasma während des Schneidvorgangs ausübt.
Beim Plasmaschneiden dient die Spannung des Plasmabogens als Referenzgröße für die Messung des Abstands des Brenners zum Material. Diese im Prinzip leicht zu messende Spannung hängt jedoch von vielen Parametern ab. Neben der Brennerhöhe sind der relative Neigungswinkel des Brenners, die Stromstärke sowie die Zusammensetzung des Gasgemischs von Bedeutung. Die Steuerung eines derart komplexen Prozesses erfordert eine computergesteuerte Bewegungssteuerung sowie eine adaptive Höhenregelung.
Abb. 3: Schneidmaschine mit 3D-Kopf und Plasmabrenner
Das Anfasen wird oft als „3D-Schnitt“ oder „mehrachsiger Schnitt“ bezeichnet. Dies liegt daran, dass die Maschine, die einen solchen Vorgang ausführt, zusätzlich eine Drehung des Kopfes um die vertikale Achse um mindestens +/- 360° sowie dessen stufenloses Schwenken bis zu 45° ermöglicht. Das einzige in Polen hergestellte Werkzeug dieser Art und eine der innovativsten Lösungen weltweit ist der „3D-Kopf“ der Firma ECKERT aus Legnica. Er nutzt das RACT-System (Real Adjusted Cutting Trace), das durch eine spezielle mechanische Konstruktion die Position des Brenners beim Neigen und Drehen konstant hält.
Ein weiterer Vorteil von Schrägschnitt-Systemen ist die Möglichkeit, Rohre direkt während des Schneidvorgangs anzufasen. Ähnlich wie bei Blechen verkürzt diese Möglichkeit die Vorbereitungszeit erheblich, optimiert die Logistik und senkt die Kosten. Dies ist von großer Bedeutung bei Großprojekten wie dem Bau eines Stadions oder einer Brücke, bei denen oft mehrere tausend Rohre mit einer Vielzahl von Verbindungen zum Einsatz kommen.
Für die Planung solcher Konstruktionen wird spezielle CAD-Software verwendet. Diese ermittelt selbstständig die benötigte Materialmenge sowie Art und Anzahl der Verbindungen, wodurch die Berechnungszeit verkürzt und Rechenfehler auf ein Minimum reduziert werden.
Während bisher Plasmaschneidmaschinen mit festem Schneidkopf so ist doch ein wachsendes Interesse an 3D-Schneidemaschinen auf dem Markt zu beobachten. Diese bieten sehr konkrete Vorteile in Bezug auf Kostensenkung und Verkürzung der Fertigungszeit. Nicht zu vernachlässigen sind auch Fragen der Sicherheit und der Verbesserung der Arbeitshygiene in der Produktionshalle. Die Lösung des Unternehmens Eckert aus Legnica hebt sich von den auf dem Markt verfügbaren Lösungen dieser Art ab. Sie nutzt innovative Technologien, die eine vollkommen flexible und effiziente Nutzung der Möglichkeiten des 3D-Schneidens ermöglichen.
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