Rohrschneidtechnologien halten mit der Marktdynamik Schritt

Der unaufhaltsame Fortschritt der Technologie führt weiterhin dazu, dass schwieriger zu schneidende Materialien auf dem Rohr- und Leitungsmarkt eingeführt werden, die Qualitätsanforderungen steigen weiter und der Wettbewerbsdruck lässt nie nach. Foto mit freundlicher Genehmigung der BLM GROUP USA, Novi, Michigan.

Formen, Ausklinken, Stanzen, Lochen, Bohren, Gewindeschneiden, Abschrägen, Schleifen, Schweißen – egal, was Sie an einem Rohr oder einer Leitung machen, um es für den Versand an Ihren Kunden vorzubereiten, der erste Arbeitsgang ist wahrscheinlich ein Schneidvorgang. Obwohl viele Schneidverfahren schon seit Jahrzehnten verfügbar sind, sind viele der heute verwendeten Maschinen weitaus fortschrittlicher als ihre Vorgänger vor wenigen Jahren. Da Rohr- und Leitungsmaterialien immer vielfältiger werden und der Wettbewerbsdruck anspruchsvoller wird, werden Software, Sensoren und Steuerungssysteme immer leistungsfähiger. Das Ergebnis? Gerätehersteller haben eine größere Auswahl an Hardware und Software und können so Maschinen entwickeln, die schneller, genauer, vielseitiger und automatisierter als je zuvor sind, um Rohr- und Leitungshersteller bei der Bewältigung immer anspruchsvollerer Schneidanwendungen zu unterstützen.

Das rasante Tempo der Technologie bringt verbesserte oder völlig neue Produkte auf den Markt, und in vielen Fällen werden diese Produkte aus verbesserten Materialien hergestellt. Ein wichtiger Treiber der Legierungsentwicklung in der Metallindustrie ist der Automobilsektor, der durch den Einsatz von Materialien, die stärker und leichter als herkömmliche Metalle sind, bestrebt ist, immer niedrigere Emissionsziele und immer höhere Kraftstoffeffizienzziele zu erreichen. Obwohl Autohersteller eine Vielzahl von Materialien wie Aluminium und Magnesium verwenden, besteht immer noch ein Großteil jedes Autos aus Stahl. Ein weiterer Treiber ist die Erdölindustrie, die auf Stahlchemikalien angewiesen ist, die den harten Bedingungen der Offshore-Umgebung standhalten können, wenn die Bohrungen tiefer als je zuvor gehen.

Stahlfortschritte. Als Reaktion auf diese Nachfrage liefert die Stahlindustrie weiterhin neue Materialien auf den Markt. Nach Angaben der World Steel Association ist Stahl in 3.500 Qualitäten erhältlich.

Fortschrittliche hochfeste Stahllegierungen, hochfeste/niedriglegierte Materialien, Dualphasenstähle und umwandlungsinduzierte Plastizitätsstähle haben zu einem kleinen Umbruch in der Materialwissenschaft beigetragen. Die neuesten Materialien weisen erhebliche Festigkeitsverbesserungen gegenüber herkömmlichem Weichstahl auf, beispielsweise SAE 1010, der eine maximale Zugfestigkeit von etwa 42.000 Pfund pro Quadratzoll (PSI) aufweist.

„Vor zehn Jahren betrug die durchschnittliche Zugfestigkeit für die Automobilschmiedeindustrie 750 Newton pro Quadratmillimeter (109.000 PSI) und die maximale Blattgeschwindigkeit für viele Sägen lag bei etwa 130 bis 140 Metern pro Minute (MPM) [445 Fuß pro Minute (FPM)“. ]“, sagte Daniel Johns, Direktor für Geschäftsentwicklung bei Kinkelder USA.

Die Anforderungen an ein Sägeblatt waren damals hoch, doch in nur wenigen Jahren hat sich viel verändert. Einige der neuesten Materialien sind 30 Prozent fester, 980 N/mm2 (142.000 PSI), und Sägen laufen schneller, oft mehr als 200 MPM (656 FPM).

„Vor fünfzehn Jahren haben wir mehr Allzweckklingen verkauft“, sagte Johns. „Heutzutage besteht auf dem Markt ein größerer Bedarf an Klingen, die für bestimmte Anwendungen hergestellt werden.“ Beispielsweise erfüllten Klingen aus Keramik-Metall (Cermet) noch vor fünf Jahren die Anforderungen für etwa 80 Prozent der Stabstahlanwendungen, während heutzutage etwa 80 Prozent der Anwendungen beschichtetes Hartmetall erfordern, sagte er.

„Beschichtete Hartmetallklingen haben eine höhere Spitzenfestigkeit und eine höhere Temperaturbeständigkeit, sodass sie dem Schneiden härterer Materialien bei höheren Geschwindigkeiten standhalten“, sagte er.

Neben Beschichtungen, die Hitze bis zu 900 °C (1.600 °F) standhalten, besteht eine weitere Strategie darin, die Zahngeometrie zu optimieren, die Schnittwinkel an die Stahlsorte anzupassen und den Abstand zu ändern, um der höheren Blattgeschwindigkeit gerecht zu werden.

Das soll nicht heißen, dass Cermet auf der Strecke geblieben ist. „Sie haben eine außergewöhnliche Sägeblattlebensdauer, daher ist es immer noch ein gutes Produkt, wenn das Material nicht so hart ist und die Säge nicht so schnell läuft“, sagte er.

Das Schneiden sei nicht unbedingt ein einzelner Prozess, sagte Johns. In einigen Fällen fügt die durch die Reibung verursachte Erwärmung dem Schneidvorgang eine Verformungskomponente hinzu. Das Material erwärmt sich, erweicht und verformt sich ein wenig, bevor der Zahn einen Span herauszieht. Einige Anwendungen, wie das Sägen von Duplex- und Nickelsorten, erfordern eine positive Geometrie, bei der das Schneiden hauptsächlich aus einer Scherwirkung besteht. Das Verständnis dieses Unterschieds und unzähliger anderer Faktoren ist der Schlüssel zur Klingenauswahl. Die Mitarbeiter von Kinkelder haben herausgefunden, dass der Austausch der Klinge erhebliche Auswirkungen auf die Lebensdauer der Klinge haben kann.

„Einer unserer Kunden schnitt 17-4-Edelstahl und erzielte etwa 7.400 Schnitte pro Klinge“, sagte Johns. „Wir haben empfohlen, auf eine andere Geometrie umzusteigen, um einer sehr engen Grattoleranz Rechnung zu tragen, und dieser Kunde erhält jetzt etwa die fünffache Lebensdauer bei etwa 37.000 Schnitten pro Klinge.“

Das ist ein Extremfall. Wenn eine Klinge für die Anwendung nicht optimal ist, ist eine Verbesserung um 20 Prozent wahrscheinlicher. Unabhängig vom tatsächlichen Umfang der Verbesserung versteht sich Johns‘ Unternehmen in erster Linie als Schneidberater und in zweiter Linie als Klingenhersteller. Das klingt kontraintuitiv: Der Umsatz des Unternehmens basiert auf dem Verkauf von mehr Rotorblättern und nicht auf weniger Rotorblättern. Das ist jedoch noch nicht das Ende. Wie jeder andere Anbieter jedes anderen Produkts hat das Unternehmen ein Interesse am Erfolg seiner Kunden und setzt daher sein Säge-Know-how zum Nutzen seiner Kunden ein.

Das Unternehmen führt außerdem gemeinsam mit dem Sägehersteller Rattunde Corp. Forschungsarbeiten durch. Die beiden Unternehmen haben zusammengearbeitet, um die Fähigkeiten der Schneidsysteme, beispielsweise die Rechtwinkligkeit des Schnitts, zu verbessern. Ein Vorteil für Kinkelder ist die Verwendung einer Rattunde-Säge, die die Rotation des Sägeblatts verfolgt. Das System von Rattunde verfolgt die Position jedes Zahns so genau, dass es bei einer Vielzahl von Schnitten zur Prüfung der Haltbarkeit eines Sägeblatts sicherstellt, dass der anfängliche Kontakt mit dem Werkstück gleichmäßig auf alle Zähne der Säge verteilt wird.

Qualitätsfortschritte. „Schnittqualität war schon immer eine Forderung, aber in den letzten Jahren hat sie wirklich zugenommen“, sagte Jon Hisey, Direktor für Geschäftsentwicklung bei Rattunde Corp. „Vor zwanzig oder dreißig Jahren wäre ein Grübchen am Ende akzeptabel gewesen ," er sagte. „Heutzutage verlangen immer mehr Anwender einen sauberen, gratfreien 90-Grad-Schnitt.“ Hisey vermutet, dass dies mit der nachgelagerten Automatisierung zusammenhängt.

„Hersteller setzen mehr Robotik ein und Roboterschweißer sind nicht in der Lage, mit Inkonsistenzen umzugehen“, sagte er. „Wenn eine Lücke zu groß oder unterschiedlich ist, ist der Roboter nicht in der Lage, damit umzugehen. Es macht einfach immer und immer wieder das Gleiche, je nachdem, wie es programmiert ist.“

Obwohl viele Hersteller der Automatisierung immer noch gegenüber misstrauisch zu sein scheinen, werde sie für viele unvermeidlich, sagte Hisey.

„Viele Hersteller verlassen sich immer noch auf Handarbeit, um Rohre zu stapeln, wenn sie von einer Schneidemaschine kommen“, erklärte er. „Wenn drei Leute das machen und einer sich krank meldet, haben Sie gerade ein Drittel Ihrer Arbeitskraft in diesem Bereich verloren.“ Durch die Automatisierung mehrerer Schritte, die häufig nach dem Schneiden erfolgen – beispielsweise Messen, Ätzen und Verpacken – kann ein Hersteller nicht nur heute, sondern jeden Tag aus einer solchen Situation herauskommen.

Platzersparnis ist immer ein Problem, und Rattunde reagierte auf diese Bedenken, als es 2019 eine Maschine mit geringem Platzbedarf auf den Markt brachte.

„Bis vor kurzem war unsere kleinste Maschine eine 2-m-Maschine“, sagte Hisey und bezog sich dabei auf die längste Länge, die sie schneiden konnte. „Wir hatten einige Kunden, die diese Maschine zur Herstellung eines 2-Zoll-Modells verwendeten. Teil. Unsere neueste Maschine ist eine 1-m-Maschine, die für kleine Teile viel praktischer ist, viel schnellere Zykluszeiten erreicht und weniger Stellfläche beansprucht als unsere 2-m-Maschine.“

Fortschritte im Sanitärbereich. Löten war lange Zeit ein zentraler Fügeprozess in der Sanitärindustrie, hat jedoch dem Crimpen Platz gemacht. Zum Crimpen sind keine Klebstoffe, kein Lötzinn und keine Hitze erforderlich. Die Herstellung einer Crimpverbindung kann mehr kosten als die Herstellung einer Lötverbindung – eine Crimpverbindung kostet mehr als etwas Lot und etwas Flussmittel –, aber es ist ein schnellerer Prozess und bietet daher einen Gewinn bei den Arbeitskosten. Der größte Nachteil besteht darin, dass zum Crimpen extrem gerade und gratfreie Rohrenden erforderlich sind. Der Gerätehersteller Reika GmbH fertigt Bearbeitungslinien zum Abwickeln und Richten von Kupferrohren – und zum Anfertigen gerader, gratfreier Schnitte – unabhängig davon, ob es sich bei dem Material um dünn- oder dickwandiges Kupfer handelt.

„Für dünnwandiges Kupfer verwendet das System ein spanloses Verfahren“, sagte Joseph Kemple, Präsident von Heiko Machine, Reikas US-Vertreter. Für dickwandige Anwendungen kommt in einer Prozesslinie die patentierte Ringsäge des Unternehmens zum Einsatz. Das Sägeblatt der Ringsäge hat eine kreisförmige Form, aber im Gegensatz zu den meisten Kreissägeblättern wird es entlang seines Außendurchmessers angetrieben und die Zähne befinden sich auf dem Innendurchmesser. Bei den Zähnen handelt es sich um handelsübliche Hartmetalleinsätze mit vier Schneidflächen, die mit Stellschrauben an bearbeiteten Sitzen befestigt werden. Wenn eine Oberfläche stumpf wird, entfernt der Bediener die Zähne, dreht sie um 90 Grad und setzt sie wieder ein.

Das Besondere an der Säge ist die Sägeblattbewegung. Zusätzlich zur Rotation bewegt sich die Klinge exzentrisch. Dadurch kann sich das Sägeblatt dem Werkstück schrittweise nähern, während es um das Werkstück oszilliert. Die Kombination aus Schneidzahnform und Klingenbewegung ist darauf ausgelegt, keinen Grat am Außendurchmesser und einen vernachlässigbaren Grat am Innendurchmesser zu hinterlassen.

„Es hinterlässt keine langen Abfallketten, kaum Grate und sehr kleine Späne“, sagte Kemple. „Diese kleinen Späne fallen harmlos aus der Maschine, beeinträchtigen den Betrieb nicht und sind sehr einfach zu handhaben“, fügte er hinzu.

Schermaschinen, die aufgrund ihrer Geschwindigkeit und ihres spanlosen Schneidens beliebt sind, werden seit langem für Anwendungen mit hohem Volumen und geringem Mix bevorzugt, heutzutage eignen sie sich jedoch auch für viele Anwendungen mit geringem Volumen und hohem Mix. Die Maschinen haben sich nicht verändert; Der Unterschied besteht in der Hinzufügung eines modernen Steuerungssystems und der erforderlichen Software.

Für eine Fertigungswerkstatt, die auf ein oder zwei Sägen angewiesen ist, ist eine Schere möglicherweise keine praktikable Alternative. Allerdings kann ein Hersteller, der den ganzen Tag über mehrere Sägen stark beansprucht, durch den Umstieg auf eine Einzelschere möglicherweise viel Platz und Material einsparen.

„Eine Hochgeschwindigkeits-Schermaschine kann eine Leistung erzielen, die mit drei bis sechs Sägen vergleichbar ist“, sagte Steve Thiry, Präsident von Haven Manufacturing Corp. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim Scheren keine Schnittfuge vorhanden ist, sodass kein kleines Stück verloren geht Materialmenge pro Schnitt.

Wie bei jeder anderen Entscheidung ist auch die Auswahl einer optimalen Schneidemaschine eine Frage der Abwägung einiger Faktoren, darunter das Teilevolumen. Für eine Rohrfabrik, die weniger als 50.000 gerade Schnitte pro Jahr durchführen muss, ist eine Säge mit Sicherheit wahrscheinlicher, um die Produktions- und Kapitalrenditeziele zu erreichen als eine Schermaschine. Wenn das Volumen weit über 50.000 liegt, wird eine Schere immer attraktiver.

„Wenn ein Hersteller 60.000 bis 70.000 Schnitte in verschiedenen Längen und Durchmessern pro Jahr durchführen muss, könnte eine Schere sinnvoll sein“, sagte Thiry.

Haven ist dafür bekannt, zwei deutlich unterschiedliche Arten von Schermaschinen zu entwerfen und zu bauen: die unterstützte Schermaschine, bei der ein Dorn verwendet wird, um eine Verformung zu verhindern, während das Schermesser das Rohr schneidet und trennt, und die Doppelschere, die mit einem seitlichen Messer in das Rohr eindringt Rohrwand und eine Schere, um den Schnitt vorzunehmen. Der anfängliche Schnitt beeinträchtigt die Integrität der Rohrwand, so dass die Scherwirkung ohne Vertiefungen im Rohr durchgeführt werden kann.

Schneiden langer und kurzer Teile. Die Maschinen des Unternehmens verarbeiten Durchmesser von 0,25 bis 5 Zoll. Die meisten Maschinen schneiden von 0,5 bis 2,5 Zoll Außendurchmesser. Während Längen von 12 bis 18 Zoll zu den gebräuchlichsten gehören – Längen für die Herstellung von Stoßdämpfern, eine Hauptanwendung – werden die Maschinen des Unternehmens häufig zum Schneiden von Längen von 0,5 Zoll bis 10 Fuß Länge verwendet. Sie können eine Längengenauigkeit von ±0,002 Zoll erreichen.

Eine im Einsatz befindliche Haven-Maschine schneidet dünnwandige Rohre in Längen von nur 3/8 Zoll für die Herstellung von Schlauchklemmen. Die Maschine schafft 7.000 Schnitte pro Stunde ohne Verformung oder Materialverlust. Eine Säge könnte das Teil herstellen, aber nicht mit dieser Geschwindigkeit, und die Schnittfuge würde im Verhältnis zu jedem Schnitt ziemlich viel Material verschwenden. Ein Laser kann auch einen verlustfreien Schnitt ausführen, und obwohl die Zykluszeit kurz wäre, wird bei Tausenden von geraden Schnitten pro Stunde nicht der größte Vorteil der Lasermaschine genutzt: ihre Vielseitigkeit.

Engagiert für Lean Manufacturing. Eine Schere ist auch ein guter Kandidat für Anwendungen mit geringem Volumen und hohem Mix, da sich die Art und Weise, wie sie verwendet wird, im Laufe der Jahrzehnte verändert hat. Scheren sind dafür bekannt, eine überwältigende Produktion zu liefern – in einigen Fällen bis zu 40 Millionen Teile pro Jahr –, die vor Jahrzehnten die Serienproduktion unterstützten. Scheren sind auch heute noch überwältigend, aber wenn sie mit modernen Steuerungssystemen ausgestattet sind, unterstützen dieselben Maschinen die schlanke Fertigung und helfen bei One-Piece-Flow-Objektive.

„Vor Jahren waren das spezielle Maschinen, die darauf ausgelegt waren, stundenlang sehr schnell ein einzelnes Teil herzustellen. Das waren die Zeiten der manuellen Umstellungen“, sagte Thiry. Heute nutzt einer seiner Kunden ein Doppelscherensystem zur Herstellung von Hundehütten. Die Rohrteile für die Zwinger bestehen aus fünf auf drei Längen zugeschnittenen Teilen. Dank moderner Hardware und Software kann der Hersteller die verschiedenen Längen in der Reihenfolge zuschneiden, in der sie benötigt werden. Beim Rohrschneiden entsteht ein Bausatz aus fünf Teilen, der für den nächsten Arbeitsgang bereit ist. Es ist schnell, genau und schlank.

Haven nutzt sein Design-Know-how auch zur Entwicklung maßgeschneiderter Materialhandhabungssysteme für die Zufuhrseite und kann komplette integrierte Schneidzellen erstellen.

Laser zur Bearbeitung von Rohren und Strukturelementen gibt es in zahlreichen Ausführungen. Zu den gebräuchlichsten gehören Maschinen, die lange Rohrlängen mit Spannfuttern spannen und die gängigsten Rohr- und Leitungsgrößen bis etwa 4 Zoll Außendurchmesser verarbeiten. Zu den großformatigen Maschinen gehören die LT24 der BLM GROUP, die Durchmesser bis zu 24 Zoll schneidet; Die M4-Serie von Bystronic, bestehend aus FL400 und FL600, die auch Durchmesser bis zu 24 Zoll schneidet; Mazaks Fabri Gear 400 II, das Durchmesser bis zu 16 Zoll verarbeitet; und TRUMPFs TruLaser Tube 7000, der bis zu 10 Zoll Durchmesser schneidet.

Wieder andere Maschinen werden zum Schneiden kurzer Rohrlängen hergestellt, beispielsweise gebogener Rohrbaugruppen, hydrogeformter Rohrkomponenten und anderer 3D-Formen. Zwei dieser Maschinen sind die VCL-T100 von Mazak, die LT-Free der BLM GROUP und die Maschinen der TruLaser Cell-Serie von TRUMPF.

Unterkünfte für Tube. In den Anfängen des Laserschneidens von Plattenmaterial waren Plattenprodukte oft nicht flach genug, um den Prozess zu optimieren. Wenn sich der Brenner über die Oberfläche eines Blechs in Standardgröße von einem Ende zum anderen bewegte, schwankte der Abstand vom Brenner zur Arbeitsfläche zu stark. Die Stahlindustrie hat sich angepasst und schon bald wurde der kommerzielle Standard für die Blechebenheit verbessert, um das Laserschneiden zu ermöglichen.

Rohre sind ein anderes Produkt, werden auf andere Weise hergestellt und in einem anderen Industriesegment eingesetzt. Auch die Toleranzen sind unterschiedlich.

„Die Industrienormen für Rohre sind in Bezug auf Maßabweichungen weniger streng als für Bleche“, sagte John Quigley, Vizepräsident für Marketing bei LVD Strippit. „Rohrhersteller benötigen Lasersysteme, die erhebliche Variationen bewältigen können.“

Schneidprogramme basieren auf idealen Abmessungen, Rohr- und Leitungsprodukte sind jedoch selten gerade und unrunde Produkte weisen häufig eine gewisse Verdrehung auf. Für präzises Schneiden und um Kollisionen zwischen Laserkopf und Werkstück zu verhindern, muss die Maschine die tatsächliche Form und Position des Rohrs relativ zum Schneidkopf ermitteln und diese dann mit der erwarteten Form vergleichen, um Maßabweichungen auszugleichen. LVD Strippit-Maschinen verwenden ein integriertes Lasermesssystem zur Messung der Durchbiegung und vergleichen die Spannfutterpositionen mit den Lünettenpositionen, um die Verdrehung zu bestimmen. Um die Rohrausrichtung relativ zur Schweißnaht zu optimieren, nutzen die Lasermaschinen des Unternehmens ein optisches System, das auf den Eingaben von zwei Kameras basiert.

Die Maschinen von LVD Strippit waren bahnbrechend in der Vielseitigkeit von Ladesystemen und waren die ersten, die über zwei Lader in einer Maschine verfügten, einen für Bündel und einen mit einem Magazin mit sieben Positionen zum Laden einzelner Rohre. Mit einem automatischen Bündellader auf der einen Seite der Maschine und einem einzelnen Magazinlader auf der anderen Seite erhält der Bediener das Beste aus beiden Welten. Wenn er den Bündellader für einen Produktionslauf verwendet, kann er diesen Auftrag unterbrechen und ein paar Rohre einzeln laden, um einen Eilauftrag auszuführen, und dann den ersten Auftrag fortsetzen.

Ebenso hat Bystronic eine Be- und Entladestrategie entwickelt, die die Bearbeitung beschleunigt. Seine Maschinen verwenden vier Spannfutter, aber für die Bearbeitung eines Rohrs sind nicht immer alle vier Spannfutter erforderlich.

„Während der Laserkopf mit den ersten beiden Spannfuttern die letzten Merkmale an einem Rohr bearbeitet, wird mit den letzten beiden Spannfuttern ein zweites Rohr in die Maschine geladen“, sagte Brendon DiVincenzo, Produktmanager für Laser und Automatisierung bei Bystronic Inc. Außerdem verwendet schwimmende Dorne, wodurch die Maschine die Biegung und Verdrehung eines einzelnen Werkstücks aufnehmen kann, während gleichzeitig die Spannfutter weniger belastet werden und die Präzision im Schneidbereich erhöht wird.

Darüber hinaus bietet die TruLaser Tube 7000 von TRUMPF einige zusätzliche Features, die die Möglichkeiten in der Rohrbearbeitung erweitern. Zusätzliche Werkzeuge ermöglichen das Gewindeschneiden von Löchern in dickwandigen Rohren sowie das Reibbohren und Gewindeschneiden von dünnwandigen Rohren. Es verfügt außerdem über einen optionalen Dorn, der in das Werkstück gleitet, um den Innendurchmesser vor Spritzern zu schützen, die beim Schneidvorgang entstehen.

Große Durchmesser, schwere Wände. Mazak Optonics Inc. schätzt, dass die Verwendung von Baustahl im Fünfjahreszeitraum von 2018 bis 2023 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 5,3 % zunehmen wird. Als Treiber werden die Bundesregierung und die Bauindustrie genannt. Ersteres befasst sich mit der Infrastruktur und Letzteres betrifft sowohl den Wohn- als auch den Nichtwohnbau. Zwei Faktoren, die lasergeschnittene Stahlrohre für solche Anwendungen begünstigen, sind die Recyclingfähigkeit und die Geschwindigkeit der Herstellung. Etwa 90 % der Metalle werden recycelt und präzises Laserschneiden ermöglicht eine schnelle Verbindung.

Die Präzision einer Lasermaschine bei der Herstellung von Senklöchern für Befestigungselemente, Gehrungsschnitten für Verbindungsverbindungen und abgeschrägten Enden für die Schweißnahtvorbereitung ermöglicht eine schnellere Montage und Schweißung auf der Baustelle als bei herkömmlichen Verfahren.

Für solche Anwendungen verfügen die Maschinen von Mazak über sechs Steuerachsen und vier selbstzentrierende Spannfutter, um Maßunterschiede von Rohren und Profilen wie Hohlprofilen, I-Trägern, H-Trägern und Winkeln auszugleichen. Laut Mazak ist die Direktdiodenlasertechnologie des Unternehmens 45 % energieeffizienter als CO2-Laser und weist eine 40 % höhere Leistungsdichte im Vergleich zu Faserlasern auf.

Zur Anpassung an unterschiedliche Werkstückgeometrien verfügen TRUMPF-Maschinen über eine selbstzentrierende Spannzange, um Rohrschäden vorzubeugen. Das Spannsystem ist mit einem Sensor kombiniert, der eine kontinuierliche Überwachung ermöglicht, um alle notwendigen Änderungen im Weg des Laserkopfes vorzunehmen und Kollisionen zu vermeiden.

Die BLM GROUP USA hat kürzlich ihren LT8.20 vorgestellt, der 3D-fähig ist und praktisch jede Form verarbeiten kann. Es wurde für komplexe Schnittmuster, schwer zugängliche Stellen und Schweißvorbereitungsschnitte an dickwandigen Rohren entwickelt. Es nutzt drei Funktionen der Active-Serie des Unternehmens: Active Tilt für die schnelle Verarbeitung kleiner Funktionen; Active Weld, entwickelt zur Optimierung der Schrottablösung bei großen Schweißnähten; und Active Focus, der Material- und Dickenänderungen berücksichtigt.

Die Konfiguration des Systems mit dem Kettenlader auf der Vorderseite reduziert die Stellfläche des Systems um 20 % und ermöglicht Be- und Entladevorgänge von derselben Seite aus. Dies macht das System für Kleinserien und kleine Stückzahlen noch effizienter.

CO2 oder Festkörper? Im Laserbereich weicht der CO2-Laser den Festkörpertechnologien. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Faserlaser, aber TRUMPF verfügt über seinen proprietären TruDisk und Mazak über einen Direktdiodenlaser. Festkörperlaser sind bekannt für eine vereinfachte Strahlführung und einen wesentlich geringeren Wartungsaufwand als die CO2-Laservariante. Sie bieten eine längere Betriebszeit und sind kostengünstiger in der Wartung. Das bedeutet aber nicht, dass CO2-Laser auf dem Rückzug sind.

„Die Marktnachfrage nach Faserlasern wächst, aber CO2-Laser haben immer noch einen Platz in der Fertigung, nur nicht mehr den dominierenden Platz wie in der Vergangenheit“, sagte DiVincenzo. Dabei geht es nicht nur um den Austausch eines Resonators. Aufgrund der Frequenz des Faserlaserlichts unterscheidet sich das Maschinendesign erheblich von dem von CO2-Resonatoren. Faserlaser benötigen einen vollständig geschlossenen Schneidbereich, was das Be- und Entladen von Material erschweren kann. Beim Schneiden sehr großer Werkstücke entfallen die allgemein anerkannten Leistungsvorteile der Fasertechnologie.

„Die Logistik der Materialhandhabung ist für CO2-Laser besser“, sagte er.

Die Fertigung lebt seit jeher von Daten, sei es die Messung der Betriebszeit einer Maschine, die Taktung der Zykluszeit eines bestimmten Teils, die Durchführung von Messungen zur Identifizierung fehlerhafter Komponenten oder die Erfassung von Informationen aus tausenden anderen Datenpunkten, die Hersteller zur Messung und Verbesserung von Abläufen nutzen.

In den letzten Jahren ist die Datenerfassung hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Quantität um Größenordnungen gewachsen. Die Konvergenz vieler Technologien – Sensoren an Maschinen, die digitale Daten generieren, RFID-Tags an Teilen oder Teilebehältern, die Tracking-Daten generieren, einfach zu scannende QR-Codes, die alle Arten von Informationen enthalten, Wi-Fi-Systeme, die Daten von einem Ort aus übertragen Platz und eine Software, die alles organisiert – ermöglichen es Herstellern, Systeme einzurichten, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren.

Das Sammeln von Daten an wichtigen Punkten eines Fertigungsprozesses, deren Digitalisierung und die Umwandlung in einen Strom nützlicher Informationen, die kontinuierlich aktualisiert werden und jederzeit verfügbar sind, bedeutet mehr als die Beseitigung von Papier oder die Bereitstellung einer Echtzeit-Momentaufnahme der Fertigungsaktivitäten. Die Daten können in das ERP-System (Enterprise Resource Planning) des Unternehmens integriert werden, um den Produktionsplan zu ändern, erschöpfte Rohstoffbestände zu melden, um eine Kaufaktion auszulösen, und Kunden über den Bestellstatus zu informieren, damit sie ihre Kunden benachrichtigen und ihre Zeitpläne aktualisieren können. Diese Informationen sind entlang der Wertschöpfungskette von großer Bedeutung: Ein Hersteller könnte sich freiwillig auf den Weg machen, um die Industrie 4.0-Technologie zu seinem eigenen Vorteil zu implementieren, oder dieser Hersteller könnte diesen Weg einschlagen, um die Bedürfnisse seiner Kunden zu befriedigen.

Dieser Trend zeichnet sich auch in der Baubranche ab. Heutzutage machen Architekten mehr als nur Baupläne. Sie verwenden BIM-Software (Building Information Modeling), eine äußerst ausgefeilte Version von CAD, die einige ERP-Elemente enthält. Es liefert so viele Details mit so viel Präzision, dass Auftragnehmer auf der Baustelle mit auf die richtige Länge zugeschnittenen oder sogar in Baugruppen gefertigten Materialien wie Leitungen, Rohren und Kanälen vor Ort sein können, sodass jede Komponente einbaufertig ankommt. Sie erledigen viel mehr Arbeit in ihren Werkstätten und viel weniger auf der Baustelle, und je weiter die Bauarbeiten voranschreiten, desto mehr Updates liefert jeder Auftragnehmer.

„Jeder Installateur kann das Modell aktualisieren, was den nächsten Materialauftrag, den nächsten Produktionsauftrag usw. auslöst“, sagte Carroll Stokes, Vertriebsleiter bei T-Drill Industries Inc.

Eine Anfrage eines Maschinenbauers vor einigen Jahren beleuchtete die Möglichkeiten von T-Drill. Der Auftragnehmer wünschte sich eine vollautomatische Maschine, die Dutzende einzigartiger Rohrkomponenten (gerade Teile und Abzweigverbindungen) schneiden, ein Etikett drucken und anbringen konnte (oder zwei Etiketten, eines an jedem Ende für lange Teile) und sie mit einem Umlenktisch sortieren konnte .

Das T-Drill-Team war zunächst verwirrt. Warum sollte eine Klempnerwerkstatt eine Maschine benötigen, die scheinbar gut für einen Hersteller geeignet wäre? Als die Mitarbeiter später den vollen Umfang von BIM verstanden hatten, verstanden sie, wie eine automatisierte Maschine ein solches Unterfangen unterstützen könnte. Der Zugriff auf das Modell hilft jedem, vom Gebäudeeigentümer bis zum kleinsten Auftragnehmer, den Status der verschiedenen Projektschritte zu verstehen, unabhängig davon, wie umfangreich das Projekt ist.

Auch die Hardware wird ständig modernisiert. Das Einführen des Rohrs in die Maschine, das Positionieren zum Schneiden, das Durchführen des Schnitts, das Vorschieben und Zurückziehen der Aushalswerkzeuge – diese Vorgänge seien präzise, ​​vollständig steuerbar und nicht besonders teuer, wenn es sich bei den Stellgliedern um Servomotoren handele, sagte Stokes.

„Wir hatten 27 Servos auf einer Maschine“, sagte er. „In den frühen 1990er Jahren betrugen die Kosten für ein Servo etwa 5.000 US-Dollar pro Achse. Heutzutage sind es 1.500 bis 2.000 US-Dollar pro Achse.“ Die beiden wichtigsten Servoattribute Geschwindigkeit und Genauigkeit vereinen sich in der Ausgabe. „Wir können 3.000 Teile präzise in einer Stunde herstellen“, sagte er.

Pneumatische Aktuatoren seien ebenfalls schnell und präzise, ​​sagte er, aber Servos ermöglichten die Kontrolle über das gesamte Bewegungsprofil und optimierten die Vorschub- und Schneidhübe. Das heißt nicht, dass die Schneid- und Aushalsfähigkeiten der Maschine wichtiger sind als die Konnektivität. Beides geht Hand in Hand.

„Meines Wissens ist BIM erforderlich, um für jedes kommunale Gebäude bieten zu können, und das ist schon seit sechs bis acht Jahren eine Voraussetzung“, sagte Stokes. Es ist nicht schwer, die Zusammenhänge zu erkennen. Für im Bauwesen tätige Unternehmen wird die Anbindung an BIM immer wichtiger; Daher wird es für ihre Lieferanten immer wichtiger, in Geräte mit digitaler Konnektivität zu investieren.

„Es ist nicht nur für den Bau gedacht“, fügte Stokes hinzu. „Es wird auch im Schiffbau verwendet, wo ähnliche Überlegungen angestellt werden – eine Struktur und hydraulische, pneumatische, elektrische, Wasser-, Feuerlösch- und Abwassersysteme.“

TRUMPF baute in Hoffman Estates, Illinois, eine vollständig vernetzte Produktionsanlage, um diese Technologien zu präsentieren. Obwohl es sich nicht um einen rohrorientierten Vorgang handelt, zumindest noch nicht, veranschaulicht es die Fähigkeit, alles zu digitalisieren, was für einen Herstellungsprozess wichtig ist.

Wenn ein automatisch geführtes Fahrzeug durch einen Arbeitsauftrag gerufen wird, holt es das erforderliche Blechmaterial ab, stellt es bereit und leitet einen Prozess ein, bei dem das Material zum Schneiden, Stanzen und Biegen von Maschine zu Maschine transportiert wird. Die Maschinenbeschickung und der Materialtransport erfolgen größtenteils automatisiert. Transparenz ist ein großer Teil der in der Smart Factory eingesetzten Technologie. Jeder, der Zugriff auf das System hat, kann von überall auf der Welt über eine Internetverbindung den Status einer Bestellung überprüfen.

Es ist nicht nur eine Vitrine. Das Unternehmen stellt echte Teile her und verarbeitet täglich Tonnen von Stahl. Es geht nicht um „vielleicht“ oder „möglicherweise“ oder „vielleicht“ Industrie 4.0 kann in der Metallverarbeitung eingesetzt werden. Dieses System ist seit dem 12. September 2017 in Betrieb.