Fronius: Schweissen für besseres Klima Roboter schweisst Heizkessel gasdicht

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Die Heizomat Gerätebau + Energiesysteme GmbH produziert jährlich etwa 1 600 umweltfreundliche, individuell angepasste Heizungsanlagen. Die Heizkessel feuern Hackschnitzel. Sie werden mit Roboterschweisszellen von Fronius geschweisst.

Das deutsche Familienunternehmen, gegründet von Robert Bloos im Jahr 1982, produziert inzwischen an zwei Standorten in Gunzenhausen und Heidenheim. Mit 330 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und bei 85 Prozent Fertigungstiefe werden individuell angepasste Heizungsanlagen mit 30 bis 990 kW Wärmeleistung hergestellt. Geliefert wird weltweit. Heute heizen Tausende zufriedene Kundinnen und Kunden in über 40 Ländern der Welt mit den zuverlässigen, wartungsarmen Anlagen des erfinderischen Heizpioniers. Erzeugt wird nur jene Wärme, die wirklich benötigt wird – aus einem klimaneutralen, nachwachsenden Brennstoff. Nicht nur in Europa, den USA und Kanada, sondern auch in Ma­laysia und Neuseeland setzt man auf die Qualität made in Germany. Für den weltweiten Export ist Heizomat nach ASME zertifiziert. Das Zertifikat der American Society of Mechanical Engineers wird international in über 100 Ländern anerkannt. Es bescheinigt, dass die Produkte den Anforderungen des strengen ASME-Codes einschliesslich der damit geforderten Sicherheitsstandards entsprechen.

Innovativ und ökologisch heizen

Waren Hackschnitzel-Heizungen lange nur für Privatkunden, Nachbargemeinschaften und Landwirte ein Thema, profitieren heutzutage auch Gewerbe- und Industriebetriebe vom weitgehend klimaneutralen Heizen mit Holz. Selbst mit Nägeln verunreinigte Holzpaletten können mit Heizomat-Systemen problemlos verbrannt werden. Die Entsorgung von Restholz kostet Geld – und wenn es nur der Abtransport ist. Wer aber mit Holzabfall heizt, erspart sich neben den Entsorgungskosten auch einen Teil der Beschaffungskosten für frisches Brennholz. Die Asche, die dabei entsteht, enthält wertvolle Mineralien und kann als natürliches Düngemittel genutzt werden. Auf diese Weise trägt man ganz im Sinne der Familie Bloos zur ökologischen Kreislaufwirtschaft bei: Holz pflanzen, Holz ernten, Holz verbrennen, Holz düngen. Der Hersteller der Heizungsanlagen bezeichnet das als Hackschnitzel-Kreislauf.

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Manuel Vorbrugg, Fertigungsleiter bei Heizomat, erläutert: «Wir sind der einzige Hersteller, der neben Heizanlagen die gesamte Peripherie von Ernte-, Häcksel- und Transportsystemen bis hin zur Ascheausbringung und Abgasreinigung liefert. Unsere letzten Innovationen sind unsere HeizoCont-Con­tainersysteme. Das sind Komplettlösungen, die von der Hackschnitzel-Lagerung bis hin zur Ascheausbringung den gesamten Heizkreislauf in einer kompakten Plug-&-Play-Lösung vereinen: aufstellen, anschliessen, heizen – ohne gravierende Umbauarbeiten. Besonders interessant sind die Heizcon­tainer für Industrie- und Gewerbekunden, aber auch für kommunale Heizgenossenschaften.»

Zukunftsorientierte Technik

Zunehmender Fachkräftemangel und kontinuierliches Wachstum erfordern bei vielen Unternehmen Automationslösungen – so auch bei Heizomat. Heute setzt der Betrieb beim Schweissen von Heizkesseln auf drei Roboterschweisszellen von Fronius. Diese sind mit der Offline-Programmier- und Simulationssoftware Pathfinder ausgestattet.

«Ohne Automation müssten wir weitere qualifizierte Schweisserinnen und Schweisser aufnehmen, die am Arbeitsmarkt kaum noch verfügbar sind. Deshalb haben wir uns für Roboteranlagen entschieden», führt Manuel Vorbrugg aus und ergänzt: «Fronius hat uns schnell überzeugt. Von Anfang an stand die Schweissherausforderung im Mittelpunkt. Auf Basis ihrer Lösung wurde die Kinematik konzipiert und nicht umgekehrt. Heute besitzen wir drei Roboterschweisszellen mit Wendepositionierern, die genau das tun, was wir brauchen: zuverlässig perfekte Nähte schweissen.»

Für den Bau der Hackgutheizungen werden Serienbauteile – Heizkessel – aus 6 mm dickem warmgewalztem, unlegiertem Baustahl S235JR und mit einem Bauteilgewicht von 700 bis 950 kg gas- und wasserdicht gefügt. Zu fertigen sind sie in Serien mit jeweils 300 bis 700 Bauteilen.

Stabiler Schweissprozess

Für Christoph Stieglitz, Schweissexperte, steht fest: «Der Pulse-Multi-Control-Prozess (PMC) eignet sich ideal zum Schweissen der Stahlkessel. Im Vergleich zum Handschweissen erzielen wir bei optimaler Wurzeldurchdringung deutlich höhere Geschwindigkeiten bis zu 80 cm/min. Die Nähte sind optisch einwandfrei und von konstant hoher Qualität.»

PMC ist ein modifizierter Impulslichtbogenprozess, der sich durch einen kraftvollen, stabilen Lichtbogen und eine fein geregelte spritzerarme Tropfenablöse bei gleichzeitig hoher Abschmelzleistung auszeichnet. Selbst toleranzbehaftete Bauteile mit starken Wanddickensprüngen können mit PMC einwandfrei geschweisst werden. Lichtbogenlängen- und Einbrandstabilisatoren sorgen für eine präzise Regelung und damit hohe Prozessstabilität bei reduzierter Streckenenergie.

«Das automatisierte Schweissen bringt uns entscheidende Vorteile», erläutert Manuel Vorbrugg. «Erstens können wir die Anlagen hauptzeitparallel rüsten. Auf diese Weise ersparen wir uns unwirtschaftliche Stillstandzeiten. Zweitens schweissen wir wesentlich schneller als von Hand. Statt sechs Stunden benötigt der Roboter für einen Heizkessel gerade einmal eine Stunde 40 Minuten. Und drittens benötigen wir durch den Einsatz der Offline-­Programmier- und Simulationssoftware Pathfinder bedeutend weniger Zeit fürs Teachen des Schweissroboters.»

Schweissfolgen optimiert

Das grösste Plus beim Offline-Programmieren mit Pathfinder besteht darin, dass man sämtliche Schweissfolgen abseits der Roboteranlagen erstellen kann. Laufende Schweissarbeiten müssen für die Programmierung nicht mehr gestoppt werden. Mit der Hilfe von Simulatoren werden potenzielle Fehler im Voraus erkannt und Schweissfolgen optimiert. So werden zum Beispiel Kollisionen, Überschreitungen von Achsgrenzen oder Singularitäten erfasst und visualisiert. Besonders zeitsparend sind folgende Funktionen: Kopieren, Verketten, Gruppieren und Spiegeln von Schweissnähten. Simulationen können in Echtzeit oder in stufenlos regulierter Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Taktzeitermittlung (Schweissgeschwindigkeit, Gasvorströmzeit, Endkraterfüllung) erfolgen. Würde man den Schweissroboter ausschliesslich unmittelbar in der Anlage teachen, könnte dies einen Mehraufwand bis zum Zehnfachen bedeuten.

Gasdicht geschweisst

«Unsere Anlage schweisst konstant in der Naht­mitte», erklärt Christoph Stieglitz. «Dafür ist sie mit einer automatischen Schweissnahtsuche ausgestattet, die wie folgt funktioniert: Der Roboter fährt mit dem Schweissdraht gegen das Bauteil, merkt sich den Punkt und speichert seine Koordinaten. Sobald alle benötigten Punkte auf den x-, y- und z-Koordinaten vermessen und aufgezeichnet wurden, werden diese mit dem virtuellen Bauteil verglichen und bei Abweichungen wird die Schweissbahn korrigiert.»

Die exakte Position der Schweissnähte ist eine Grundvoraussetzung für gas- und wasserdichte Heizkessel. Deshalb wird jeder Heizkessel einer 24 Stunden dauernden Dichtheitsprüfung bei 9 bis 11 bar Wasserdruck unterzogen, bevor er in einer der weltweit gefragten Hackschnitzel-Heizanlagen verbaut wird. Genauso wichtig sind optisch einwandfreie Sichtnähte – vor allem in den USA. Dort fordert die ASME-Norm auch im nicht sichtbaren Bereich der Kessel 100 Prozent perfekte Schweissnähte.

Umfassend überwacht

Die Systemsteuerung HMI T21-RS überwacht und koordiniert neben sämtlichen Schweissabläufen jede der Komponenten, die in der Roboterschweisszelle zum Einsatz kommen: Roboter, Schweissstromquelle, Wendepositionierer, Tool-Center-­Point-Vermessung (TCP) und Brennerreinigung. Sprichwörtliche Highlights sind der Programm­editor zum Festlegen aller kinetischen und schweisstechnischen Abläufe sowie die Real-­Time-Visualisierung in 3D. Da die Schweissfachkräfte bei Heizomat einen guten Überblick über den jeweils aktuellen Anlagenstatus und alle Teile des Systems benötigen, werden alle Module und Schutzbereiche visualisiert – abhängig vom jeweiligen Zustand der Schweisszelle. Der Funktionsumfang der Steuerung umfasst die Benutzer- und Programmverwaltung, Störmeldeanzeigen, Takt- und Stückzähler, Sprachumschaltung, Anlagenstatusanzeigen sowie das komplette Power-Management (Medienversorgung). (kmu)

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