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Manufacturing-Execution-SystemeDie selbstregelnde Fabrik

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Begriffe wie Selbstregelung, Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen tauchten bereits in den Anfängen der Industrie 4.0 auf. Sie halten sich hartnäckig, werden in jüngster Zeit sogar häufiger genannt.

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Robotergestütztes MAG-Schweißen„Nur noch 20 Prozent von Hand“

Um die Qualitätsstandards seiner Gasturbinen zu sichern, fertigt Siemens in seinem Berliner Werk wichtige Komponenten selbst. Dabei sorgt seit Mitte 2008 ein Cloos-Schweißroboter für kürzere Fertigungszeiten und bessere Arbeitsbedingungen bei der Produktion der tonnenschweren Bauteile.
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Robotergestütztes MAG-Schweißen: „Nur noch    20 Prozent von Hand“

Trotz gedämpfter Konjunkturerwartungen nimmt der globale Energiehunger weiter zu. Insbesondere umweltfreundliche Energieerzeugungsverfahren werden nachgefragt. Bei den Großkraftwerken gilt die Stromerzeugung mittels Gasturbine, wie sie Siemens im Werk Berlin für den Weltmarkt fertigt, als zukunftsweisend. Gerade die Länder mit Erdgasvorkommen würden - anstatt Gas zu exportieren - gerne zunehmend Gas verstromen und die Elektrizität ins Ausland verkaufen. Die derzeit leistungsstärkste Siemens-Gasturbine liefert 340 Megawatt und ist die größte Gasturbine der Welt. "Damit lässt sich die Bevölkerung einer Stadt wie Hamburg mit Strom versorgen", erklärt Jörg Völker, Leiter des Bereichs Market Communication & Information. Siemens ist auf diesem Gebiet der Stromerzeugung führend; entsprechend groß ist die Nachfrage. Trotz voller Auftragsbücher geht der Hersteller den Weg, Baugruppen nur selektiv zuzukaufen beziehungsweise besonders anspruchsvolle Komponenten selbst zu fertigen. Um dennoch mehr Gasturbinen bauen zu können, optimiert Siemens seine Fertigung stetig und investierte beispielsweise Mitte 2008 in eine moderne Roboterschweißanlage. "Mit den Kernkompetenzen Schweißtechnik plus Robotik hat sich Cloos sehr gut positioniert und als zuverlässiger Systempartner erwiesen", resümiert Jerry Klopf, Leiter der Gehäusefertigung im Berliner Siemens-Werk. Im konkreten Fall galt es, das 30 Tonnen schwere Endstück einer Gasturbine - im Fachjargon "Auskleidung des Turbinenlagergehäuses" genannt - schneller zu schweißen. ¿Die etwa 340 Meter Kehl- und V-Nähte haben wir früher per Hand verschweißt, was unseren Mitarbeitern körperlich einiges abverlangt hat¿, berichtet Fertigungsleiter Klopf. Außerdem sollte die Verarbeitungsqualität weiter steigen, um die Nacharbeit an den Schweißnähten zu minimieren. Der Erfolg in Zahlen kann sich sehen lassen: Der Cloos-Roboter reduziert die Schweißzeit von 114 auf 80 Stunden. Und die Nacharbeit sank deutlich um über zehn Prozent.

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Roboter bewegt sich auf C-Säule

Um die großen Turbinenteile mit bis zu vier Metern Durchmesser und zwei Meter Tiefe optimal schweißen zu können, hat Cloos seinen Roboter vom Typ Romat 350 an einem fast zehn Meter hohen C-Ständer montiert. Im Zusammenspiel von Boden-, Höhen- und Querfahrwerken sowie einem Dreh-Kipptisch erreicht der gelenkige Roboter in dem komplexen 30-Tonnen-Bauteil über 80 Prozent der Schweißnähte. Die mechanisch sehr stabilen Roboter sind in Drehgelenkbauweise ausgeführt und verfügen über sechs Bewegungsachsen. Der Typ 350 hat zudem eine verlängerte dritte Achse mit über 2.200 Millimeter Reichweite für eine optimale Zugänglichkeit der großvolumigen Bauteile. Dynamische Servoantriebe ermöglichen eine hohe Tragfähigkeit von 15 Kilogramm, und die präzisen Kompaktgetriebe sorgen für eine hohe Wiederholgenauigkeit von unter 0,1 Millimeter. Die Steuerung Rotrol II steuert die sechs Roboterachsen sowie bis zu zwölf weitere externe Achsen - beispielsweise jene der Positioniereinheit. "Anhand unserer CAD-Bauteildaten hat Cloos parallel zur Entwicklung und Fertigung der Roboteranlage in Haiger bereits die Lage und Beschaffenheit der Schweißnähte für die Programmierung der Steuerung simuliert", erläutert Jerry Klopf. Das verkürzte die Inbetriebnahme deutlich, da nur noch wenige Programm-Änderungen am Originalteil gemacht werden mussten, um zum Beispiel die verschiedenen Vorrichtungen vor Ort zu berücksichtigen. "Roboter und Positionierer sind so gelenkig, dass nur noch etwa 20 Prozent der Arbeit von Hand erledigt werden müssen." Dazu hat Siemens eine spezielle Arbeitsbühne geordert, die das Anlagenpersonal bis auf luftige 6,5 Meter Höhe bringen kann.

MAG-Verfahren für sichere Verbindungen

Geschweißt werden die Kehl- und V-Nähte meist dreilagig im MAG-Verfahren. Um bei diesem Lichtbogenschweißprozess optimale Ergebnisse zu erzielen, wird der abschmelzende Schweißdraht entsprechend der Nahtform und Schweißgeschwindigkeit über das Duo-Drive-System von Cloos in veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt. Außerdem werden dem Schutzgas aktive Gasbestandteile beigemischt, um die Schweißverbindung entsprechend den besonderen technologischen Erfordernissen zu beeinflussen. Siemens verwendet eine Gasmischung von 78 Prozent Argon, 20 Prozent CO2 und zwei Prozent He, um die dickwandigen Teile aus Edelstahl sicher zu verbinden. Ein taktiler Sensor findet den Nahtanfang. "Und ein Lichtbogensensor sorgt für die Nahtverfolgung und steuert den Schweißkopf so, dass wir keinen erhöhten Aufwand für die Nahtvorbereitung und Spaltbreiten treiben müssen", betont Jerry Klopf. Die hohen Schweißströme liefert die Schweißstromquelle Quinto GLC 603, die mit einem maximalen Strom bis 600 A über genügend Leistungsreserven verfügt. Mit einer schnellen Regelung und einer Mikroprozessorsteuerung für die Programmierung der Kennlinien wird die Anlage optimal auf Werkstoff und Schweißnähte eingestellt. Über ein großes LCD-Display findet der Bediener alle Informationen im Klartext. Das praktische Handrad sorgt für eine einfache und schnelle Eingabemöglichkeit der Parametersätze, von denen sich bis zu 20.000 hinterlegen lassen. Um die Siemens-Mitarbeiter auf die neue Fertigungstechnik vorzubereiten, stellte ihnen die Cloos-Niederlassung Berlin einen Vorführroboter zur Verfügung. "Daran konnten wir den Umgang mit dem Roboter trainieren und die optimalen Parameter finden", erklärt Jerry Klopf. "Auch das hat zur reibungslosen Inbetriebnahme beigetragen." Aufgrund der positiven Erfahrungen hat Siemens den Testroboter gekauft und nutzt ihn heute für Schweißversuche und -entwicklungen. Walter Lutz/ ms

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