Das Beste aus der Automatisierung des Rohrbiegens in einer Metallverarbeitungswerkstatt herausholen

Jun 02, 2023

Der Fokus der fischer-Gruppe liegt auf vollautomatischen Biegezellen, die in der Regel aus einem Rohrmagazin mit Schweißnahterkennung, einer separaten internen Schmierfunktion, einem Roboter zum Be-/Entladen der Maschine sowie einem Förderband oder einer Rutsche bestehen.

Die Automatisierung, einschließlich der Schritte vor und nach dem Biegen, ist zu einem der wichtigsten Investitionsbereiche beim Rohrbiegen geworden. Tatsächlich spielen vollautomatische Biegezellen mittlerweile eine zentrale Rolle in Fertigungsbetrieben jeder Größe.

Nehmen wir zum Beispiel die Fischer Group. Der in Achern-Fautenbach am Rande des deutschen Schwarzwalds ansässige Hersteller und Verarbeiter von ERW-Edelstahlrohren bedient hauptsächlich den Markt für Automobilabgassysteme und zählt viele Tier-1-Automobilzulieferer zu seinen Kunden. Als das Unternehmen 1969 gegründet wurde, stellte es hauptsächlich Rohre und Metallkomponenten her. Dann, in den 1980er Jahren, kaufte Firmengründer Hans Fischer seine erste handbeladene Biegemaschine für Rohre mit einem maximalen Außendurchmesser von 2,5 Zoll, als die Weiterverarbeitung der Rohre immer wichtiger wurde.

Heute verarbeiten die 2.700 Mitarbeiter von fischer etwa 420 Millionen Fuß Rohre pro Jahr – mehr als 176.000 Tonnen Material in verschiedenen Größen und Formen. Das Unternehmen betreibt weltweit etwa 75 Schwarze-Robitec-Rohrbiegemaschinen, um sich einer sich ständig weiterentwickelnden Reihe von Herausforderungen in der Automobilindustrie zu stellen.

Autos haben sich in den letzten 30 Jahren dramatisch verändert, ebenso wie ihre Komponenten und Unterbaugruppen. Immer komplexere Abgassysteme mit größeren Durchmessern erfordern Bogen-in-Bogen-Systeme in anspruchsvolleren Formen, mit kurzen Zwischenlängen und kleinen Radien.

Inzwischen boomt die Autoindustrie. Der Produktionsdruck nimmt seit jeher zu und erfordert von den Automobilzulieferern eine ständige Effizienzsteigerung.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat fischer seit Anfang der 2000er Jahre seinen Maschinenpark immer mehr um vollautomatische Rohrbiegeanlagen erweitert. Heute sind weltweit etwa 50 automatisierte Zellen im Einsatz. Im Vergleich zu handbeladenen Maschinen sind diese Zellen produktiver, da eine Person mehrere Maschinen gleichzeitig bedienen kann.

Bei den Zellen handelt es sich typischerweise um ein Allround-Modell in zwei verschiedenen Größen: die vollelektrischen Multistack-Zellen CNC 80 E TB MR und CNC 100 E TB MR für Rohre mit einem Durchmesser von 3 bzw. 4 Zoll (80 bzw. 100 mm). Mit diesen Maschinen können sehr kleine Radien bis zu 1xD gebogen werden. Natürlich hängen die Details in Bezug auf Faktoren wie Ovalität und Wandverdünnung immer von einer Kombination aus Anforderungen und gewünschten Ergebnissen ab. Liegt der Schwerpunkt beispielsweise auf guten Ergebnissen bei der Wandverdünnung, muss man einen Kompromiss hinsichtlich der Ovalität eingehen.

Gesteuert werden sie von der NxG-Maschinensteuerung, die in Kombination mit der Multilevel-Technologie Zwischenlängen zwischen zwei Biegungen bis auf 0 Zoll reduzieren kann. Dadurch kann direkt nach der ersten Biegung eine Folgebiegung auf der Maschine realisiert werden Lücke dazwischen.

Fischer hat die Automatisierung in seinen Fabriken weltweit zum zentralen Thema gemacht. In zwei seiner Werke – Waterloo (in der Nähe von Toronto), Ontario, und Manchester, Tennessee – sind 19 der 20 im Einsatz befindlichen Rohrbiegemaschinen in vollautomatische Biegezellen integriert. Warum das so ist, verrät Ihnen Thomas Prell, Vizepräsident des Geschäfts der fischer-Gruppe in den USA und Kanada.

„Automobilzulieferer müssen strenge Toleranzanforderungen für Komponenten, Unterbaugruppen und Teile erfüllen“, sagte Prell. „Jedes Rohr muss exakt dem nächsten entsprechen. Einer der wichtigsten Faktoren ist die Gewährleistung eines hohen Maßes an Wiederholgenauigkeit bei gleichzeitig kurzer Zykluszeit, da die Branche auf Effizienz und Geschwindigkeit setzt.“

Seit ihrer Gründung hat die fischer-Gruppe ihren Maschinenpark regelmäßig modernisiert, von dieser relativ einfachen Maschine in den 1980er Jahren bis hin zu den vollautomatischen Zellen von heute.

Es sind neue Produktionsanforderungen entstanden und völlig neue Herstellungsverfahren entstanden. Diese Prozesse können eine einfache Schnittstelle zum nächsten Roboter in der Biegezelle beinhalten, aber auch neue, speziell für die fischer group entwickelte Features wie etwa eine Rohrinnenschmierung innerhalb des Magazins beinhalten.

„Ein Teil dieses natürlichen Entwicklungsprozesses ist, dass wir uns immer weiter von einzelnen Biegemaschinen hin zu vollautomatischen Biegezellen bewegen“, sagt Urs Kühni, Vertriebsleiter bei Schwarze-Robitec.

Der typische Aufbau der Biegezellen der Werke Waterloo und Manchester beginnt mit einem Rohrmagazin mit Schweißnahterkennung. Dadurch wird sichergestellt, dass die Rohre jedes Mal, wenn sie in die Biegevorrichtung geladen werden, korrekt positioniert sind. Anschließend wird noch im Magazin ein Schmierfilm auf die Innenseite des Rohres aufgetragen.

Anschließend führt ein in die Zelle integrierter Roboter das Rohr der Maschine zu und leitet den Biegevorgang ein. Sobald das Biegen abgeschlossen ist, entnimmt der Roboter das Rohr und legt es auf ein Förderband oder eine Rutsche, die es dann von der Biegezelle weg und zum nächsten Bearbeitungsschritt transportiert.

Abhängig von den lokalen Marktanforderungen können neben der Be-/Entladung viele weitere Prozesse in die Biegezelle integriert werden. Beispielsweise können Rohrenden nach dem Biegen aufgeweitet, geschnitten und kalibriert werden. Prozessoptimierungen wie diese dienen häufig dazu, die Zykluszeiten weiter zu verkürzen.

Da in allen Märkten, die fischer bedient, neue Anforderungen und Standards der Automobilindustrie gelten, kann das Unternehmen diese aufgrund der integrierten Beschaffenheit der Zellen in seinen Werken schnell in Werken auf der ganzen Welt einführen. Schwarze-Robitec kann außerdem aus der Ferne auf alle Maschinen und Zellen zugreifen, um Fehler zu analysieren, zu warten, zu aktualisieren und zusätzliche Softwarekonfigurationen durchzuführen.

Das NxG-Steuerungssystem hat sich als geschickt bei der Handhabung neuer Iterationen von Designs und Teilen erwiesen. Bei jedem Biegevorgang, auch bei komplexen Aufgaben, überwacht es vollautomatisch das Zusammenspiel der Achsen und koordiniert deren Bewegungen optimal.

Während eine Biegung durchgeführt wird, bereiten sich die Achsen gleichzeitig auf den nächsten Prozessschritt vor. Abhängig von der Bauteil- und Rohrgeometrie kann das Steuerungssystem die Produktionszeiten um 20 bis 40 % verbessern.

Während die Automobilindustrie traditionell für die Produktion in großen Stückzahlen bekannt ist, werden zunehmend auch kleinere Losgrößen benötigt, sodass Rohrbiegeunternehmen eine ständig wechselnde Vielfalt an Werkzeugen benötigen. Aus diesem Grund hat die fischer-Gruppe ein System integriert, bei dem alle Werkzeuge vollständig miteinander kompatibel sind und auch auf allen anderen CNC 100- und CNC 80-Maschinen eingesetzt werden können.

Allerdings reicht die Kompatibilität allein nicht aus, um die geforderten Durchlaufzeiten einzuhalten, denn es ist auch wichtig, dass die Maschinen schnell und wiederholbar umgerüstet werden können. Arbeiter können Werkzeuge ohne zusätzliche Hilfsmittel einfach hinzufügen und entfernen; Das erhöht die Wiederholgenauigkeit und Prozesssicherheit, da der Maschinenbediener die Festigkeit der Zugstangen nicht mehr konfigurieren muss. Das schnelle Werkzeugwechselsystem, das mittlerweile zur Standardausstattung der Rohrbiegemaschinen von fischer gehört, wurde ursprünglich speziell für die Anforderungen des Unternehmens entwickelt. Gleiches gilt für eine spezielle Wischermatrizenhalterung, die es dem Bediener ermöglicht, die Wischermatrize nach dem Werkzeugwechsel schnell und präzise wieder in ihre Position zu bringen.

Mit dem integrierten Bestand an Biegemaschinen von fischer werden Austausch, Wartung und Teilelagerung vereinfacht. Die Standorte erhalten die benötigten Teile schnell, was dazu beiträgt, Maschinenstillstandszeiten zu reduzieren, und Ersatzteile werden häufig vor Ort gelagert.