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CNC steuert kombinierte Biege-Schweiß-Anlage

Bild 1. Arnold Teufel ist einer der drei Geschäftsführer der Tisun GmbH und freut sich über die Effizienz der Biege-Schweiß-Anlage

Bild 2. Die Mäanderrohre werden der Pulsspeed Bender automatisch zugeführt, gebogen und mit einem Laser im Punktschweißverfahren mit der Absorberplatte fest verbunden

Bild 3. Sind die Programme einmal in der CNC abgespeichert, dauert die Software­umstellung auf ein hinterlegtes Produkt nur einen Knopfdruck lang

Bild 4. Beim Einrichten der kombinierten Biege-Schweiß-Maschine ist das Simatic-Panel TP 177 hilfreich

Mit einer modernen Biege-Schweiß-Anlage verbessert ein Tiroler Unternehmen die Leistungsfähigkeit seiner Produktion von Solarkollektoren um durchschnittlich 20 %. Gleichzeitig erhöht es damit den Energieertrag der Kollektoren um rund 6 %. Entscheidend für diese positive Entwicklung ist die Partnerschaft mit einem fünf Jahre jungen Maschinenbaubetrieb. Dieser Ausrüster geht in puncto Qualität keine Kompromisse ein und setzt zur Steuerung der gesamten Anlage auf eine High-End-CNC.

Sonne bedeutet Wärme. Diese zu nutzen, hat sich die österreichische Tisun GmbH zur Aufgabe gemacht. In der sonnigen Berglandschaft Tirols gelegen, passen Name und Produkt perfekt. Geschäftsführer Arnold Teufel (Bild 1) erklärt: „Wir fertigen Solaranlagen, mit denen auf besonders umweltfreundliche Art und Weise die Heizung betrieben und Warmwasser aufbereitet werden kann.“
Vor rund 20 Jahren haben A. ­Teufel, Gerhard Schwarz und Robin Welling gemeinsam das Unternehmen gegründet. Heute arbeiten mehr als 120 Mitarbeiter in dem Solarbetrieb. Das Interesse von Privathaushalten und Industriebetrieben an derartigen Solaranlagen zur Warmwassererzeugung und Heizung ist ungebrochen. Der Grund dafür ist eindeutig: Die Sonne scheint kostenlos und birgt ein unerschöpfliches Energiepotenzial. Dieses optimal auszuschöpfen, stellt für Tisun die primäre Herausforderung dar.

Das Unternehmen entwickelt seine Solarkollektoren und Wärmespeicher ständig weiter, um einen maximalen Wirkungsgrad der Anlage zu erreichen. Dabei ist die Kreativität der Mitarbeiter ebenso wichtig wie der Ideenreichtum von Partnerfirmen, wie der Dtec GmbH. Speziallösungen für unterschiedliche Branchen sind das Metier des jungen Maschinenbau- und Automatisierungsbetriebs. Im Jahr 2007 gegründet, hat sich der Hauptgesellschafter Michael Dietl vor allem auf hochinnovative Lösungen spezialisiert.
Was darunter zu verstehen ist, wird nicht zuletzt bei der mit einer Si­numerik 840D SL gesteuerten, ­kombinierten Biege-Schweiß-Anlage Pulsspeed Bender deutlich, die von beiden Unternehmen gemeinsam entwickelt wurde (Bild 2). Sie ist seit Dezember 2011 im Einsatz und vereint sämtliche Prozessschritte, vom einfachen Rohr bis zum fertigen Kollektor. Im Einzelnen: Die Vorbereitungsar­beiten wie Blech- und Rohrzuschnitt werden ebenso automatisiert übernommen wie das Biegen, Schweißen, Löten und Dichtprüfen des Absorbers – dem Herzstück jedes Kollektors. Die Pulsspeed Bender benötigt nur wenige Minuten dafür. Lediglich vor dem ­anschließenden Verlöten mit den vorkonfektionierten Sammelrohren ist Handarbeit angesagt. Das Zusammenstecken übernimmt ein Mitarbeiter. Das Verlöten sowie die anschließenden Dichtheitsprüfungen sind wiederum automatisiert und werden über die Siemens-CNC zentral gesteuert.

Biege- und Schweißprozess in einer Maschine
Die Fertigung der Kollektoren erfolgt nach dem sogenannten „Mäander-System“. Die Rohrleitungen werden zu Serpentinen (Mäander) gebogen, die Bleche (Absorberplatten) zugeschnitten und mit den Rohren verschweißt. Als Material kommen Kupfer und Aluminium zum Einsatz. „Das Mäander-Herstellungsprinzip hat sich über Jahre bewährt, ist jedoch in der Regel aufwendig, damit meine ich platz- und personalintensiv“, erläutert A. Teufel. Genaue Zahlen lassen sich diesbezüglich nicht nennen, da die Angaben vom angestrebten Durchsatz abhängen. Legt man den derzeitigen Tisun-Bedarf zugrunde, so würde eine bisher übliche Anlage mit Maschinen und Zwischenlager ungefähr 800 m 2 Grundfläche in Anspruch nehmen, die von sechs bis acht Mitarbeitern zu bedienen wäre.
Die Pulsspeed Bender begnügt sich mit rund 150 m 2 und bindet zwischen ein und zwei Mitarbeiter, die sich primär um die Materiallogistik und Anlagenkontrolle kümmern. Dies ist möglich, weil die meisten Prozessschritte automatisiert erfolgen und die Kernaufgaben „Biegen“ und „Schweißen“ in einem Arbeitsgang erledigt werden. Über eine zentral angebrachte Rolle werden die Mäanderrohre der Maschine zugeführt, gebogen und sofort mit einem Hightech-Laser im Punktschweißverfahren mit der Absorberplatte fest verbunden.

Vorteilhaft ist dieser Prozessablauf sowohl für den Hersteller der Solarkollektoren als auch für dessen Kunden. Denn die Pulsspeed Bender ­verschweißt die Mäander auch in den Kurven nach CNC-Vorgabe mit den Absorberplatten. Dank dieser durchgängigen Verbindung erhöht sich der Wirkungsgrad der Kollektoren um durchschnittlich 6 %.
Der Biege-Schweiß-Vorgang läuft mit einer Geschwindigkeit von 7 m/min. Tests haben ergeben, dass sich bei Bedarf auch 14 m/min problemlos erreichen lassen. Dazu müsste einzig der bei Tisun eingesetzten Trumpf Laser­quelle – deren Energie über zwei Opti­ken aufgeteilt wird – eine zweite hinzugefügt werden. „Auch das Nachrüsten ist jederzeit möglich“, ergänzt Dtec-Chef M. Dietl, „denn für Maschinenbau, Steuerungstechnik und Motoren stellt das überhaupt kein Pro­blem dar.“

Keine Kompromisse bei Steuerungs- und Antriebs­technik
Die hohe Zuverlässigkeit und Leistung in puncto Steuerungs- und Antriebstechnik kommt nicht von ungefähr. Dtec geht keine Kompromisse ein und verlässt sich nur auf hochwertige Siemens-Produkte. M. Dietl dazu: „Wir haben am Anfang unserer Firmengründung auch einfachere, günstigere Lösungen getestet, stellten aber schnell fest, dass die Unterschiede in puncto Qualität klar größer sind als die im Preis. Deshalb setzen wir in all unseren Maschinen und Anlagen auf Siemens.“ Bei der komplexen Pulsspeed Bender kommen neben der ­“Sinumerik-Steuerung”:http://www.automation.siemens.com/mcms/m2/de/automatisierung/cnc-steuerung/sinumerik-steuerungen/Seiten/Default.aspx auch Servomotoren (Simotics 1FK7), Antriebe (Sina­mics S120) und verschiedene Panels des deutschen Automatisierungskonzerns zum Einsatz (Bild 3).

Die daraus resultierenden Vorteile sind sowohl für den Maschinenbauer als auch für den Anwender ebenso vielfältig wie die Anforderungen an die Technik. So müssen beispielsweise in der Kombianlage mehr als zehn Achsen zuverlässig gesteuert werden, drei davon synchron. Dabei gilt es unter anderem, die Bahngeschwindigkeit beim Biegevorgang stets im richtigen Verhältnis zur Laserschweißpunktierung zu halten. Ansonsten würden sich die Verbindungsqualität und damit der Wirkungsgrad des gesamten Solarkollektors verschlechtern.
Vorteilhaft ist zudem, dass sich die Oberfläche des IPC-Benutzerterminals problemlos und schnell an den Kundenbedarf anpassen lässt. Dabei ist in aller Regel Einfachheit angesagt. Denn viel mehr als das Umschalten auf verschiedene Produktgruppen wird an dieser Einheit nicht erledigt. Die Programme schreiben Experten an externen Arbeitsplätzen und übertragen sie via Netzwerk oder USB-Stick auf die CNC. Zum finalen Anpassen des Programms kommt das Handpanel HT8 zum Einsatz. Durch ein Laser-Sicherheitsglas beobachtet der Facharbeiter den Programmablauf und übernimmt das letzte Feintuning (Bild 4).

Dem Tisun-Chef ist die Sicherheit seiner Mitarbeiter sehr wichtig. Nicht zuletzt deshalb freut er sich über die Ausstattung mit dem sogenannten Safety Integrated. Damit können Arbeiter gefährliche Bereiche während des Bearbeitungsprozesses nicht betreten. „Erfahrenen Mitarbeitern passiert das in der Regel sowieso nicht. Insbesondere neue Kollegen wissen aber oft noch nicht, wo es gefährlich werden könnte, und dann ist dieses Softwaretool richtig gut“, bekräftigt A. ­Teufel.
Safety Integrated funktioniert auf Basis einer kreuzweisen Datenüberwachung zwischen den Antrieben und der CNC. Werden Lichtschranken durchschritten oder Türen geöffnet, sorgt die Sinumerik für einen schnellen Stopp der betroffenen Maschine. Dies gewährleistet das Sicherheitsmodul sogar zweigleisig: Der Leistungstransistor wird nicht mehr angesteuert und dem Optokoppler wird die Spannung entzogen.
Sind die Programme einmal abgespeichert, dauert die Softwareumstellung auf ein hinterlegtes Produkt nur einen Knopfdruck lang. Auch der notwendige Materialaustausch und mechanische Umstellarbeiten sind in rund 15 min erledigt. Dementsprechend gering sind die Stillstandzeiten der Anlage. Ein Umstand, der die ohnehin hohe Produk­tivität noch weiter verbessert.
Einen ähnlichen Erfolg verspricht sich Dtec von einem neuen Projekt, das derzeit in Zusammenarbeit mit renommierten Forschungsinstituten entwickelt wird. In diesem Fall handelt es sich um eine Anlage, deren Produkte zwar auch die Sonnenenergie nutzen, sie aber nicht in Wärme, sondern in Strom wandeln. Photovoltaik heißt das Stichwort. Während noch viele Details zu entwickeln und zu planen sind, steht laut M. Dietl der Automatisierungs- und Steuerungspartner bereits fest: „Bisher hat die Zusammenarbeit mit Siemens bei allen Projekten hervorragend geklappt. Daher sehe ich im Moment keinen Grund, dies zu ändern.“

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Autor: Mario Kahlig ist als Sales Manager in der Business Unit Motion Control Systems bei der Siemens AG in Wien tätig.