Fronius als Partner für Prototypen und Serienteile

MIG-MAG-Roboterschweißzelle (CMT) – die Systemsteuerung HMI-T21 gewährleistet Real-Time-Ansichten in 3D, die hochauflösende Schweißnaht-Überwachungskamera ArcView 2 einen unmittelbaren Blick auf das Schmelzbad.

Wolfgang Scherleitner MBA
Leiter des Prototypen- und Fertigungszentrums bei Fronius

„Mit umfassenden Dienstleistungen und modernster Technologie stellt Fronius sicher, dass Unternehmen bestens gerüstet sind, um die Herausforderungen von technologischen Transformationen zu meistern und eine nachhaltige Zukunft zu gestalten. Mit Fronius an ihrer Seite können Unternehmen voller Zuversicht in eine innovative und umweltfreundliche Zukunft blicken.“

Neuartige Bauteile – zum Beispiel umweltfreundliche Leichtbaukomponenten für die E-Mobilität oder den Schienenfahrzeugbau – bringen stark veränderte Anforderungen mit sich. Zunehmend stehen Unternehmen vor der Aufgabe, fügetechnisch anspruchsvolle Metalle wie Aluminium-, Magnesium- oder Titanlegierungen zu schweißen. „Vor allem im Bereich der Metallurgie ist umfangreiches Expertenwissen unverzichtbar“, betont Wolfgang Scherleitner, Leiter des Prototypen- und Fertigungszentrums. „Die Verarbeitung hochfester Stähle und leichter Legierungen erfordert fortschrittliche Schweißtechniken. Nur wenn ein hohes Maß an Fachkompetenz, zeitgemäße Schweißprozesse und perfekt gewählte Parameter ineinandergreifen, kann die strukturelle Integrität und Korrosionsbeständigkeit dieser Metalle gewährleistet werden.“

Die extrem hohen Temperaturen beim Schweißen und die schnellen Abkühlungsraten führen zu Veränderungen in der Mikrostruktur, welche die mechanischen Eigenschaften der gefügten Bauteile stark beeinflussen. Bei Fronius wird deshalb das Grundmaterial vor und nach den Schweißversuchen im Labor analysiert. Auf diese Weise werden wichtige Erkenntnisse gewonnen, die für fehlerfreie Schweißnähte Voraussetzung sind.

Laser-Hybrid-Roboterschweißzelle für Spezialaufgaben, die ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit und Qualität erfordern. Der Schweißprozess zeichnet sich durch hohe Schweißgeschwindigkeiten und Einbrandtiefe bei gleichzeitig geringem Wärmeeintrag und Bauteilverzug aus.

Normen regeln Dokumentationspflichten

Zusätzlich zu den enormen metallurgischen und schweißtechnischen Herausforderungen kommen auch regulatorische Vorgaben ins Spiel. Normen wie die EN 1090, die für tragende Stahl- und Aluminiumkonstruktionen gilt, schreiben – je nach Ausführungsklasse – eine vollständige Dokumentation der Schweißnähte vor, damit deren durchgängige Rückverfolgbarkeit sichergestellt werden kann. Im Schienenfahrzeugbau sind die Normen DIN EN 15085 und ISO 3834 von großer Bedeutung, da sie die Qualitätsanforderungen und Dokumentationspflichten für Schweißarbeiten festlegen.

Auch in anderen Branchen sind Normen wie die DIN EN 1011 – Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe – unerlässlich. All dies treibt die Qualitätskriterien für metallverarbeitende Betriebe in die Höhe und zwingt viele Unternehmen, in automatisierte Schweißanlagen zu investieren. Diese wiederrum verlangen oft neue Kompetenzen wie spezielles Programmier-Know-how, die selbst in Industriebetrieben nicht immer vorhanden sind.

Mit der neuen CMT-Schweißprozess-Variante Fronius Additive Pro gefertigte Schiffsschraube.

Hightech-Fertigungsexpertise für die Zukunft

In einer so dynamischen Umgebung, wie wir sie heute vorfinden, hat Fronius mit seinem Prototypen- und Fertigungszentrum ein für Firmen maßgeschneidertes Service im Portfolio. Die Schweißprofis unterstützen weltweit Kunden aus Gewerbe und Industrie mit modernster Technologie und umfassendem Expertenwissen dabei, neue Produkte zu entwickeln und die Transformation zu klimafreundlichen Hightech-Lösungen zu verwirklichen. „Dank der weitreichenden Kompetenz unserer Schweißfachkräfte können wir die hohen Risiken und Kosten, die bei Produktneuentwicklungen häufig auftreten, für unsere Kunden erheblich reduzieren“, erklärt Scherleitner.

Am Standort Wels in Oberösterreich werden zunächst Machbarkeitsanalysen durchgeführt, bei Bedarf gefolgt von der Prototypenfertigung. Die Auftraggeber übermitteln dafür ihre schweißtechnischen Anforderungen sowie die 3D-Daten von Bauteilen und Spannvorrichtungen. Fronius analysiert diese Informationen virtuell, um Rückschlüsse auf Schweißbarkeit, Zugänglichkeit und Taktzeit zu ziehen. Gemeinsam mit den Kunden werden auftretende Probleme diskutiert und Optimierungs- sowie Lösungsmöglichkeiten erarbeitet. Das klare Ziel der Entwicklungsarbeit sind zukunftsfähige Produkte auf dem neuesten Stand der Technik.

Virtuelle Verzugssimulation mit Spezialsoftware.

Von der Machbarkeitsstudie bis zum fertigen Produkt

Sobald valide Schweißdaten vorliegen und die ersten Prototypen erfolgreich geschweißt wurden, entwickelt Fronius ein Produktionskonzept und übernimmt auf Wunsch die Fertigung von Pilotserie und Serie. Erfolgt die Serienfertigung im Betrieb des Kunden, konzipiert, baut und liefert Fronius auf Anfrage auch maßgeschneiderte Roboterschweißsysteme aus einer Hand.

Darüber hinaus gehören Inbetriebnahme-Services vor Ort, Mitarbeiterschulungen sowie regelmäßige Wartung und Kalibrierung der Anlagen zum umfassenden Angebot, das weltweit durch ein Netzwerk von 38 Tochtergesellschaften sowie Vertriebs- und Servicepartnern in über 60 Ländern unterstützt wird.

Ein in Zusammenarbeit mit Migal.Co, Linde Engineering und dem TÜV SÜD hergestellter, musterqualifizierter Druckbehälter in der Form eines Rohrabzweigs. Dabei wurde die Anwendbarkeit des Normentwurfs prEN 13445-14 für Komponenten unbefeuerter Druckbehälter überprüft und bestätigt.

Fronius-Systembaukasten

„Die Anforderungen unserer Kunden sind bauteilbezogen und vielfältig. Keines unserer Roboterschweißsysteme gleicht deshalb in jedem Detail einem anderen“, erörtert Scherleitner. „Um jedoch Systemzuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, nutzen wir beim Engineering und Assembling unserer Anlagen einen Baukasten aus bewährten Bauteileinheiten.“

Sämtliche Komponenten sind auf die jeweiligen Schweißprozesse abgestimmt und bieten hohe Stabilität, Wiederholgenauigkeit sowie Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungen und Traglasten. Zum Systembaukasten gehören Brennersysteme und -service-Stationen, Handling-Roboter, Roboterfahrbahnen, Schweißroboter, Greifer-Ablagesysteme und Positionierer.

Simulationstechnik und Sensorik

Eine zeitgemäße Simulationstechnik spielt bei der Machbarkeitsanalyse und im Prototyping eine zentrale Rolle. Mit der Pathfinder-Software von Fronius können Schweißsequenzen auf dem digitalen Zwilling des Schweißsystems simuliert werden. Die Software identifiziert Achsgrenzen, berechnet Start- und Endpunkte sowie Wege und setzt eigenständig Teach-Punkte. Fehler und Kollisionen können im Voraus erkannt und Schweißsequenzen optimiert werden. Darüber hinaus können die Fronius-Experten im Zuge der Machbarkeitsstudie den Materialverzug simulieren und Analysen für die richtige Schweißfolge erstellen.

„Zusätzlich zur Simulationstechnik bieten wir fortschrittliche Datenmanagement-Lösungen an“, verdeutlicht Scherleitner das Angebot und fährt fort: „Darüber hinaus können wir mit unserer Prüfsensorik geschweißte Nähte scannen und softwaregestützt – in Kombination mit WeldCube – auswerten. Dabei wird insbesondere geprüft, ob die Schweißnaht-Geometrien über die gesamte Länge im Toleranzbereich liegen.“ Während des Schweißprozesses speichert und analysiert WeldCube alle Schweißdaten und ermöglicht eine präzise Überwachung und Steuerung der Prozesse.

Präzision durch 3D-Vermessung

Geschweißte Bauteile werden in einer Robotervermessungszelle optisch in 3D erfasst, um Verzug und Abweichungen gegenüber den Original-CAD-Daten zu überprüfen. Erkenntnisse aus diesen Messungen fließen kontinuierlich in die Versuche ein, was eine fortlaufende Optimierung der Fügearbeiten gewährleistet. Am Ende stehen valide Schweißparameter für die Serienfertigung zur Verfügung.

Fronius verfügt zudem über ein hochmodernes Schweißlabor, in dem Sichtprüfungen, zerstörende Prüfungen und Mikroschliffe vorgenommen werden. „Diese Prüfungen sind essenziell, um die Qualität und Integrität der Schweißnähte sicherzustellen. Die Ergebnisse dieser Tests werden unseren Kunden gemeinsam mit dem Schweißkonzept übergeben, das die Machbarkeitsstudie abschließt“, erläutert Scherleitner.

Additive Fertigung im Vormarsch

Eine besondere Anforderung an das Schweißen stellt mittlerweile die additive Fertigung dar. Diese Technologie ermöglicht die Herstellung komplexer, individuell gestalteter Komponenten mit hoher Präzision und minimalem Materialverbrauch. Ein Beispiel dafür ist der Rohrleitungsbau, wo derzeit völlig neue Normen und Anforderungen entstehen. Als Mitglied im „Gemeinschaftsarbeitskreis additiv gefertigte Bauteile unter der Druckgeräterichtlinie des Deutschen Instituts für Normung (DIN)“ arbeitet Fronius an vorderer Front mit. In Zusammenarbeit mit Migal.Co, Linde Engineering und dem TÜV SÜD haben die Schweißexperten an der Musterqualifizierung eines additiv geschweißten Rohrabzweigs in Form eines Druckbehälters teilgenommen. Dabei wurde die Anwendbarkeit des Normentwurfs prEN 13445-14 für Komponenten unbefeuerter Druckbehälter überprüft. Im Zuge dieser Kooperation entstand die Kennlinie Fronius Additive Pro für das Wire Arc Additive Manufacturing-Verfahren (WAAM)-, das eine schnelle, kosteneffiziente und präzise Komponentenproduktion ermöglicht.

Gemeinsam in eine nachhaltige Zukunft

„Mit umfassenden Dienstleistungen und modernster Technologie stellt Fronius sicher, dass Unternehmen bestens gerüstet sind, um die Herausforderungen von technologischen Transformationen zu meistern und eine nachhaltige Zukunft zu gestalten. Mit Fronius an ihrer Seite können Unternehmen voller Zuversicht in eine innovative und umweltfreundliche Zukunft blicken“, so Scherleitner abschließend.