UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Kessel und Behälterböden vollautomatisch bearbeiten

Bei Druckbehältern und -kesseln ist der Zuschnitt elementar. Nur Akkuratesse verhindert, dass nachgearbeitet werden muss. Typisch bei Behälterböden ist das Schneiden von Öffnungen für Einlassrohre. Die Vorbereitung der Schweißnähte muss der späteren Schweißaufgabe entsprechen.

Fully automatic machining
of vessels and container bottoms

Cutting of pressure vessels and boilers is elementary. Only accurate work prevents the need for reworking. Typical for tank bottoms is the cutting of apertures for inlet pipes. The preparation of the seams must correspond to the subsequent welding task.

Für die Bearbeitung von Behälterböden hat Microstep den Plasmarotator „Pantograph“ entwickelt, der ein Neigen der Brennerspitze um bis zu 120 Grad ermöglicht. Gleichzeitig hat der Pantograph einen außergewöhnlich großen Z-Achsenhub, der es auch bei besonders hohen Behälterböden erlaubt, die gesamte Fläche des Halbzeugs zu bearbeiten. Darüber hinaus steht seit 2016 eine Technologie für eine neue Qualität bei der Behälterboden-Bearbeitung zur Verfügung: Mit „M Scan“ sind exakte Konturen und Fasenschnitte Standard. Dabei wird mittels Laserscanner die exakte Geometrie des Behälterbodens erfasst. Auf Grundlage der erfassten Konturparameter stellt M Scan dann die Abweichungen zur Idealkontur fest und ermöglicht eine optimierte Positionierung der Schneidpfade.

Diese 3D-Scantechnik hat wesentlich zur Erhöhung der Genauigkeit des Behälterboden-Schneidprozesses beigetragen. Denn die tatsächliche Dimension eines Behälterbodens unterliegt einer Toleranz. Das bedeutet, dass die tatsächliche und die ideale Dimension eines Behälterbodens sich manchmal um mehrere Zentimeter unterscheiden. Herkömmliche Methoden der Positionskorrektur – beispielsweise über die Steuerung der Plasmalichtbogen-Spannung – sind somit beim 3D-Schneiden nicht anwendbar. Die Implementierung eines Scanners ermöglicht es zudem, ein exaktes 3D-Modell der tatsächlichen Behälterbodenfläche zu erstellen. Dieses kann anschließend dafür verwendet werden, die Form des Bodens grundsätzlich zu analysieren, seinen Mittelpunkt zu identifizieren oder den optimalen Prozess zu definieren. Doch wie funktioniert das im Detail?

Während des Scannens empfängt das „IMSNC“-Steuerungssystem die abgegriffenen Daten und paart diese zu jedem Zeitpunkt mit den Positionen aller Bewegungsachsen der Maschine. Die Messdaten werden dann weiter verfeinert durch die Anwendung von Verschiebungskorrekturen bestimmter Achsenlagen (basierend auf der exakten Messung der Maschinenkinematik mit einem Laserinterferometer) sowie durch die Kalibrierdaten des Fasenkopfs und des 3D-Scanners selbst (gewonnen über die patentierte automatische Kalibrierstation „ACTG“ von Microstep).

Zeit sparen bei der Nahtvorbereitung

Dadurch hat das Steuerungssystem Informationen über die genaue Position des gescannten Objekts zum Schneidwerkzeug. Dies ermöglicht eine exakte Verortung des Objekts innerhalb des Koordinatensystems der jeweiligen Schneidanlage. Der Scanner stellt so mithilfe von M Scan die Oberfläche des Objekts (3D-Modell) in Form einer Punktwolke detailliert dar. Auf diese Weise können die tatsächlichen Parameter des Behälterbodens vollständig beschrieben werden – einschließlich aller Abweichungen von der idealen Form.

Die 3D-CAM-Software „M Cam““ von Microstep wird verwendet, um den ursprünglich generierten Schneidpfad – das heißt: den Schnittpfad, der für die ideale Form des Objekts auf Basis des Step-Modells erstellt wurde – auf das reale, gescannte Objekt abzubilden. Auf dieser Grundlage wird anschließend ein neuer Schneidplan erstellt, der die tatsächliche Form des gescannten Objekts berücksichtigt. Alle beschriebenen automatischen Prozesse werden dem Bediener dreidimensional auf dem Bildschirm des Steuerungssystems angezeigt. Der gesamte Prozess, der vor dem eigentlichen Schneiden durchgeführt wird, nimmt abhängig von der Behälterbodengröße 2 min bis 10 min in Anspruch. 

Es gibt auch Fälle, in denen es nicht notwendig ist, den gesamten Prozess durchzuführen. Je nach Aufgabe kann die benötigte Zeit also verringert werden – beispielsweise für den Fall, dass nur die Abmessungen des Behälterbodens ermitteln werden sollen. Dann genügt es, ein „Kreuz“ zu scannen, das zuvor auf den Boden markiert wurde. Auf diese Weise wird zumindest die genaue Position des Halbzeugs bestimmt, was für die folgenden Produktionsschritte unter Umständen vollkommen ausreicht. Die Oberseite des Behälterbodens kann je nach Maschinenkonfiguration direkt mit einem Markierkopf oder mit einem Plasmabrenner markiert werden. Wenn der Schneidplan nur einen Teil der Behälterbodenfläche betrifft – etwa den kugelförmigen oberen Teil, der normalerweise ziemlich flach ist – ist es gegebenenfalls ebenfalls nicht notwendig, den gesamten Boden zu scannen. Denn beim Schneiden im Bereich des flacheren, oberen Teils kann die Höhensteuerung während des Schneidens auch auf der Plasmabogenspannung basieren, die eine Standardfunktion jeder Microstep-Plasmaschneidmaschine ist.

Auf alle Prozesse und 3D-Scan-Funktionen kann entweder direkt vom Maschinenbediener vor Ort oder über ein Firmennetzwerk zugegriffen werden. Zusätzlich liefert M Scan wie beschrieben eine exakte Analyse der Formgeometrie – also einen Vergleich der tatsächlichen und der idealen Formen des gescannten Objekts. Allein dies ist bereits ein leistungsfähiges Tool zur Qualitätskontrolle bei der Produktion von 3D-Objekten wie Behälterböden.

Dank ihres modularen Aufbaus können Microstep-Maschinen entsprechend den Anforderungen des Kunden ausgelegt werden. Das gilt sowohl in Bezug auf gewünschte Abmessungen und Schneidbereiche als auch für die Konfiguration mit der gewünschten Bearbeitungstechnik. So kann ein Portal mit einem Fasenaggregat, einem 3D-Scanner und einem Markierer sowohl zur Bearbeitung von Behälterböden als auch von Blechen verwendet werden, so wie bei der „DRM“-Maschine für die Bearbeitung von Blechen auf der Fläche von 14000 mm x 6000 mm und von Behälterböden mit 500 mm bis 5500 mm bei einer Höhe bis 1200 mm.

Blechexpo 2019, Halle 7, Stand 7410

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