Ein Beispiel für ein mit einer multifunktionalen Anlage bearbeitetes Blechteil: Konturen und Löcher schneiden, Anbringen von Fasen, Bohrlöcher, Senken und Gewinde sowie Markieren und Körnen. Dank Multifunktionalität der Baureihe MG in einem laufenden Prozess ohne mehrmaliges Materialhandling.

Ausgabe 01 | 2022

Qualität steigern und Kosten reduzieren

MicroStep Europa GmbH

Höher, schneller, weiter. Der olympische Gedanke ist in abgewandelter Form auch in der metallverarbeitenden Industrie gefragt. Viele Unternehmen vertrauen auf immer vielseitigere Schneidsysteme, um dem Druck des Marktes nach mehr Individualität und Qualität bis hinunter zu Losgrösse 1 mit einer effizienteren und flexibleren Produktion zu begegnen. Mit entsprechenden Lösungen können Bleche, Rohre, Profile und Behälterböden an nur einer Anlage mit verschiedenen Schneidverfahren multifunktional, präzise und prozesssicher bearbeitet werden.

Die Bemessungsgrundlagen bei der Bewertung der Produktion sind einheitlich: es geht um Fertigungsgeschwindigkeit, Qualität und auch um Produktionskosten. Das ist in der metallverarbeitenden Industrie nicht anders, wie in anderen produ-zierenden Branchen. Bei der Auswahl der richtigen Techno-logien ist die Flexibilität ein weiteres Kriterium, schliesslich gilt es auf sich verändernde Kundenbedürfnisse zu reagieren, das Portfolio bei Bedarf anzupassen, sich vorausschauend breit aufstellen zu können. Schon seit vielen Jahren müssen Metallbauunternehmen den Spagat meistern, bei gleichbleibender Qualität immer schneller, immer individuellere Bauteile produzieren zu können.
Um für diese stetig zunehmenden Herausforderungen gewappnet zu sein, setzen Entscheider vermehrt auf multifunktionale Schneidlösungen, die eine Vielzahl von Vorteilen vereinen: Kombinierte Anlagenlösungen können an einem CNC-Schneidsystem unterschiedlichste Bearbeitungsoptionen für verschiedenste Geometrien vollautomatisch kombinieren. So sind Technologien zum Schneiden von präzisen Löchern und Konturen, Anarbeiten von Schweissnahtvorbereitungen sowie Bohren, Senken, Gewinden, Markieren, Körnen oder Scannen kombinierbar. Diese Optionen lassen sich flexibel zur Bearbeitung von Blechen, Rohren, Profilen oder Behälterböden nutzen – als reine Spezialisten oder in Kombigeräten. Mit modernen Fasenaggregaten lassen sich sogar Träger von drei Seiten und Klöpperböden bis unter die Krempe bearbeiten. Auch unterschiedliche Schneidverfahren können auf einer Anlage vereint werden: so sind weltweit vielfach Schneidzentren zur Bearbeitung mittels Plasma-, Autogen-, Laser oder Wasserstrahltechnologie in unterschiedlichen Spielformen im Einsatz – für 2D-Schnitte oder auch 3D-Bearbeitungen. Dabei schaffen diese Alleskönner nicht nur die nötige Flexibilität, sie helfen Anwendern auch dabei, massiv Produktionszeit und somit Produktionskosten einzusparen. Denn wer an einer Anlage aus einem Blech Konturen ausschneidet, Fasen anarbeitet und auch noch Bohrlöcher und Gewinde einbringt, dem entfällt einiges Aufwand: kein Materialhandling mehr zwischen einzelnen Maschinen, kein Transport zum oder vom Zwischenlager zwischen den Bearbeitungsschritten, kein mehrmaliges Aufspannen, Einrichten und Abarbeiten. Lediglich einmaliges Beladen, Bearbeiten und Entladen – fertig. Die Zeitersparnis ist dabei von Fall zu Fall unterschiedlich. Aber über das Jahr verteilt enorm. Das heisst: Mitarbeiter werden nicht mehr gebunden mit weniger produktiven Tätigkeiten; sind frei, um ihre Qualifikationen gewinnbringender einzusetzen.

Die Kunst der Prozesssicherheit bei jeder Technologie
Die Kunst bei multifunktionalen Schneidanlagen ist dabei, diese auch während des kompletten Maschinenlebens – auch im Mehrschichtbetrieb – mit gleichbleibend hoher Qualität zu betreiben und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Verschiedene Schneidverfahren für den 2D-Zuschnitt, die automatisierte Schweissnahtvorbereitung beim Fasenschneiden oder weitere Optionen zum Bohren, Gewindeschneiden oder Markieren sind nicht ohne weiteres ohne Qualitätseinbussen auf unterschiedlichen Geometrien und Halbzeugen verwendbar. MicroStep hat hierfür eine Vielzahl von Technologien entwickelt und weltweit vielfach im Einsatz, damit CNC-Schneidsysteme prozesssicher und präzise ihre flexiblen Stärken ausspielen können. Davon profitieren kleine und mittelständische Metallbaubetriebe sowie auch grosse Unternehmen wie Bosch, Doppelmayr, GEA oder stürmsfs.
Allen voran von MicroSteps ACTG®-Technologie: die patentierte, automatische Kalibriereinheit «Automatic Calibration of Tool Geometry» stellt sicher, dass beim Einsatz von Rotatortechnologie beim Drehen und Kippen die Brennerspitze immer exakt in die gewünschte Position verfährt. ACTG® reduziert die Notwendigkeit einer mechanischen Rejustierung des Fasenkopfes und reduziert damit – zum Beispiel im Falle einer Kollision – die Rüstzeit der Maschine von mehreren Stunden auf einige Minuten. «Beim Thema Fasenschneiden in dieser Qualität hat MicroStep ein Alleinstellungsmerkmal, die für das Roboterschweissen erforderlichen Toleranzen einzuhalten», sagt Walter Eberle, stellvertretender Produktionsleiter Fertigungsplanung bei der Doppelmayr Seilbahnen GmbH. Doppelmayr arbeitet seit rund zwei Jahrzehnten im Bereich Zuschnitt mit MicroStep zusammen.
Das Kalibriersystem kommt auch bei der Vermessung und Justierung weiterer Werkzeuge zum Einsatz – beispielsweise bei der Verwendung eines Bohrsupports. ACTG® vermisst exakt die Werkzeuge und schafft somit die Grundlage, um bei der Abstandsmessung zwischen Bohrloch und Aussenkontur die Breite der Schnittfuge genau zu berücksichtigen. Zum anderen ermittelt die Kalibriereinheit den Offset zwischen Brenner und Bohrwerkzeug. Beides Basis für dauerhaft exakte Bohrlöcher, Gewinde und Senkungen.

Automatisierte Schweissnahtvorbereitung steigert Produktivität
Mit weiteren Lösungen wird bei der automatisierten Schweissnahtvorbereitung passgenau auf den jeweiligen Schneidprozess (Autogen, Plasma, Laser, Wasserstrahl) die Präzision maximiert und dauerhaft stabilisiert. Die Aufgabe dieser intelligenten und teils selbstlernenden Systeme ist es unter anderem, die technologiebedingte Ungenauigkeiten auszugleichen sowie die Material-Oberfläche und deren Abstand zum Fasenaggregat exakt zu erfassen. Folgende Technologien stehen je nach Schneidverfahren zur Auswahl, um die gewünschte Fase (V positiv/negativ, Y positiv/negativ, X oder K) anzubringen: ein Laserrotator für Fasenschnitte bis 45°, ein Plasmarotator für Fasenschnitte bis 52°, ein Autogenrotator für Fasenschnitte bis 60° sowie ein Wasserstrahlrotator für Fasenschnitte bis 45°.
Zudem können bei Plasma-, Laser- und Autogenrotatoren mithilfe eines Multifunktionsscanners und MicroSteps ABP®-Technologie auch im Nachgang noch Fasen an bereits geschnittene Bauteile angebracht werden. Das erprobte System ist eine kostengünstige Alternative zum Roboter, reduziert wie auch das direkte Anbringen von Schweisskanten mittels CNC-Maschine die manuelle Nacharbeit und hilft Material sowie Betriebskosten einzusparen. «Wir hatten von Beginn an den Eindruck, dass wir ein Fasenaggregat und Bohrwerk kriegen, das State-of-the-Art und technologisch führend ist. Die Anlage ist sehr produktiv und sie ist auch prozesssicher», bestätigt Marcel Meier, Bereichsleiter Beschaffung/Unternehmensentwicklung bei stürmsfs AG.

Lösungen, um beim Materialhandling keine Zeit zu verlieren
Mit den immer präziser werdenden Werkzeugen und prozesssicheren Systemen werden die Anlagen immer schneller. Der begrenzende Faktor wird zunehmend das Materialhandling. Die halbmanuelle Be- und Entladung der Werkstücke nimmt meist deutlich mehr Zeit in Anspruch, als durch den Bearbeitungsprozess gewonnen werden kann. Automatisierte und vielseitige Materialhandlingsysteme können hier Schritt halten und sind nützliche Helfer, um die Effizienz zusätzlich auf ein neues Level zu heben. Beispielsweise das MSLoop-System, ein im Paternoster-Prinzip verfahrendes Wechseltischsystem aus mehreren Schneidrosten, das den Durchsatz von CNC-Schneidanlagen massgeblich erhöht, da die Anlage das gleichzeitige Laden, Schneiden und Entladen in separaten Zonen ermöglicht. Oder eine noch höhere Stufe der Automation durch die Einbindung des Blechladesystems MSLoad in Verbindung mit einem Wechseltisch sowie dem Lagersystem MSTower und dem Teilesortiersystem MSSort. Je nach Anforderung können Produzenten somit das jeweils passende System für sich nutzen und gewinnbringend einsetzen. Für eine flexiblere, schnellere und stabilere Fertigung mit nur einer Anlagenlösung.

Schneidverfahren im Überlick
In der metallverarbeitenden Industrie sind vier Schneidtechnologien massgeblich: Plasmaschneiden, Laserschneiden, Autogenschneiden und Wasserstrahlschneiden.
Jedes Schneidverfahren hat seine Berechtigung, seine Einsatzgebiete, seine Stärken und Schwächen. Durch die Kombination bestimmter Technologien können Stärken zusammengebracht und CNC-Anlagen noch flexibler gehandhabt werden. So sind beispielsweise Kombianlagen aus Plasma- und Autogentechnologie oder auch in Verbindung mit Wasserstrahltechnologie weltweit bei vielen Unternehmen im Einsatz. Hier ein kurzer Überblick über die Verfahren:

Autogenschneiden
Das autogene Brennschneiden hat seine Stärken im mittleren und grösseren Materialdickenbereich und kann Werkstoffe bis 300 mm trennen. Die Investition- und Verschleissteilkosten sind vergleichsweise gering. Das thermische Trennverfahren ist lediglich für Baustahl geeignet, hat einen grossen Wärmeeintrag ins Material und Einbussen bei der Schnittqualität.

Plasmaschneiden
Mit der Plasmatechnologie können alle leitfähigen Materialien wie Baustahl, Edelstahl und Aluminium im dünnen und mittleren Materialstärkebereich effizient bearbeitet werden. Die Qualität ist sehr hoch, die Werkstoffe können nahezu nachbearbeitungsfrei geschnitten werden. Die Technologie ist deutlich schneller als Autogen, bietet hohe Flexibilität bei Materialarten und Materialstärken und die Möglichkeit zur Automatisierbarkeit. Die Schnittfuge ist etwas breiter als beim Laser, bei feinsten Innenkonturen gibt es Einschränkungen. Zudem ist die Technologie sehr laut.

Laserschneiden
Das Laserschneiden steht für Präzision, Geschwindigkeit und geringen Wärmeeintrag und hat seine Stärken vor allem im Dünnblechbereich. Mit Lasertechnologie können Metalle ebenso wie Kunststoffe, Holz, Papier oder auch Verbundwerkstoffe geschnitten werden. So sind sehr kleine Löcher, schmale Stege und spitzwinklige Geometrien möglich. Im Vergleich zu anderen Prozessen sind die Investitions- und Betriebskosten ungleich höher und der Blechdickenbereich, der wirtschaftlich bearbeitet werden kann, ist eingeschränkt. Auch wenn die Entwicklung hier schnell voranschreitet und zunehmend höhere Materialstärken mit 20 mm und mehr wirtschaftlich geschnitten werden können.

Wasserstrahlschneiden
Wasserstrahlschneiden ist im Gegensatz zu den anderen Trennverfahren ein kalter Schneidprozess und bringt somit keine thermische Einwirkung ins Material. Diese Schneidtechnik besticht durch enorme Präzision mit winkelgenauen Schnitten und der Möglichkeit unterschiedlichste Werkstoffe zu bearbeiten. Die Technologie ist allerdings deutlich langsamer und erfordert viel Aufwand beim Unterhalt durch Entsorgung von Wasser und Abrasiv oder durch Wassereinwirkung auf Maschinenkomponenten.

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