Entwicklung einer automatisierten Universalschweißanlage zur Fertigung verschiedener Behälterdurchmessern in der Einzel und Kleinserienfertigung des Behälterbaus (UNISA)

Problemlage
Die Anforderungen an Apparate und Behälter führen zu genau definierten Durchmessern der Zargen. Zargen werden aus einem rechteckigen Blech auf der Rundbiegemaschine geformt. In der Einzel- und Kleinserienfertigung der Behälter werden Spannvorrichtungen benutzt, die jeweils für einen einzigen Behälterdurchmesser eingesetzt werden können. Die Spannvorrichtungen dienen zum Fixieren der einzelnen Behälterwände nach dem Runden und sind bei der Schweißung des Behälters zwingend notwendig. Für jede gewünschte Behältergröße ist eine Spannvorrichtung notwendig, für die bei der Beschaffung eine lange Lieferzeiten einzuplanen ist. Zudem fallen hohe Kosten für die Anschaffung und Lagerung an. Beim Ausheben aus der Rundbiegemaschine, beim Anbringen der Anschlagmittel von Kranösen bewegt sich der Mitarbeiter in einem Gefahrenbereich. Dieser resultiert aus der Scharfkantigkeit, des Gewichtes, der Größe und einer Bewegungsfreiheit des Bleches, die sich aus den eingebrachten Spannungen ergeben. Entscheidende Problembereiche berühren also die Wirtschaftlichkeit und den Arbeitsschutz.

Projektziel
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer automatischen Schweißanalage für den Behälterbau für Einzel- und Kleinserien. Folgende Ziele sollen mit der Anlage erreicht werden: Erhöhung der Arbeitssicherheit für die Mitarbeiter, Schutz der Bauteile und der Maschinen vor Beschädigung, Erhöhung des qualitativen Standards der gefertigten Behälter, Gleichbleibende Produktqualität der gefertigten Behälter
Um diese Ziele zu erreichen, wird ein Demonstrator entwickelt. Dieser Demonstrator dient unter anderem als Trägerplattform um sowohl die Behälterzargen zu bewegen und die Rundnähte zu verschweißen. Dazu muss ein Rundnahtschweißmodul entwickelt werden, dass entweder fest an den Demonstrator montiert werden kann ohne die Aufnahme der Zarge zu beinträchtigen oder mit entsprechenden Vorrichtungen für den Schweißvorgang angebracht werden kann.

Vorgehensweise
Um das Ziel zu erreichen wird zu Beginn ein Grobkonzept erstellt. Hierzu werden auch technische Spezifikationen faktenorientiert gesammelt: Bandbreite der Blechgeometrien, Genauigkeiten und Toleranzen des Schweißstoßes, etc. Weitere Schritte werden sein: Entwicklung und Konstruktion aller mechanischen Komponenten, Entwicklung des MSR-Konzepts, FEM Simulation der mechanischen Konstruktionen, Bau des Demonstrator als Technologieplattform und des Aufnahmewagens, Auslegung und Beschaffung der Aktorik (Antriebe, Hydraulik, Pneumatik) und der Sensortechnik, Testbetrieb und Optimierung. Für das präzise Bewegen der tonnenschweren Behälterzargen im Schweißprozess werden elektrische, pneumatische und hydraulische Aktoren ausgelegt, die mit Hilfe der Steuerung präzise Bewegungen ausführen können. Hierzu wird ein Mess-Steuerungs- und Regelungstechnisches-Konzept (MSR-Konzept) aufgestellt. Die Messaufgaben erledigen Sensoren und Drehgeber. Mit Hilfe der Messsignale lassen sich auch tonnenschwere Bauteile millimetergenau positionieren.

Verwertungspotenzial und erwartete Ergebnisse
Der erste Verwertungsweg besteht darin, das System UNISA anderen Behälterherstellern zum Kauf anzubieten. Der Zweite Verwertungsweg ist der Einsatz von UNISA in der Behälterherstellung der Firma Empl Anlagen GmbH & Co. KG. Neben der wirtschaftlichen Verwertung des Systems sollen die Forschungsergebnisse wissenschaftlich durch Vorträge und Präsentationen in Ausschüssen und Gremien vorgestellt werden. Des Weiteren ist geplant das UNISA-System auf Messen zu präsentieren. Der Demonstrator wird nach Projektende wie folgt eingesetzt: als Ideenschmiede um Nachfolgeprojekte zu generieren, in Nachfolgeprojekte als Schweißanlage eingesetzt werden, Kunden die automatisierte Universalschweißanlage zu demonstrieren, Zu Schulungszwecken in Fachverbänden eingesetzt werden.

• EMPL - Anlagen GmbH & Co. KG