Rohrenden-Bearbeitungs­anlage

Fachbericht: Automatisierte Maschinenbeladung

Variable Rohrenden-Bearbeitung im Dreiviertelminuten-Takt

Besondere Ideen erfordern besondere Lösungen – nach dieser Devise hat die HK-CON GmbH Maschinenbau aus Fulda eine modular aufgebaute, flexibel nutzbare Maschine zur effizienten Bearbeitung von Rohrenden entwickelt. Mit einer Taktzeit von 46 s durchlaufen Rohre mit variablen Längen und Durchmessern voll automatisiert insgesamt jeweils fünf Bearbeitungsstationen pro Seite. Anwendungsspezifisch konstruierte Hochleistungskraftspannmittel und wartungsarme Greifer von SCHUNK gewährleisten im anspruchsvollen 24/7-Betrieb ein akkurates Teilehandling und eine zuverlässige Spannung.

Wellen, Rohre, Bohrgestänge, Lenkstangen, Kolbenstangen – das Einsatzspektrum der Rohrenden-Bearbeitungsmaschine von HK-CON ist extrem breit. Kein Wunder: Ohne die Maschine umzustellen und ohne Backentausch, lassen sich Rohrlängen von 400 mm bis 2700 mm und Durchmessern von 36 bis 63 mm bearbeiten. Variieren die Teile müssen lediglich die Werkzeuge und das Programm geändert werden. „Mit Modifikationen ist es möglich, dasselbe Maschinenkonzept für Rohre mit 400er Durchmesser oder Längen über 6m zu realisieren“, erläutert HK-CON Geschäftsführer Walter Kraft.

Über eine Zuführung werden die Rohre bereitgestellt, per Roboter mittig aufgelegt, gegen einen Anschlag gefahren, nach dem Prinzip einer Taktstraße von jeweils drei SCHUNK PGN-plus Universalgreifern von Station zu Station übergeben und in speziell für die Anwendung modifizierten SCHUNK Kraftspannfuttern präzise zentrisch gespannt. An den HK-CON-eigenen Bearbeitungsmodulen, die sich auch in anderen Maschinenkonzepten bereits vielfach bewährt haben, werden die Teile je nach Anforderung gebohrt, geplant, gedreht und gefräst sowie mit Quernuten, Schlitzen oder Gewinden versehen. Sobald die erste Seite beispielsweise in fünf Stationen fertig bearbeitet ist, folgt unmittelbar mit dem nächsten Takt die Übergabe an die Bearbeitungsmodule der zweiten Seite, wo entweder die identischen Bearbeitungsschritte erfolgen oder eine veränderte Abfolge möglich ist.

Kraft- und Hub-optimierte Spannblöcke in zentraler Funktion

Damit der Transfer der Rohre und deren Bearbeitung im voll automatisierten Betrieb nicht ins Stocken gerät, hat HK-CON die Maschine mit einer Vielzahl von SCHUNK Greifern und Spannmitteln ausgestattet. Elementares Herzstück sind zehn zentrisch spannenden Hochleistungskraftspannblöcke. „Wir benötigen eine hohe Spannkraft, um die Rohre sicher zu halten, und zugleich einen großen Hub, um ein möglichst großes Teilespektrum abzudecken“, betont Walter Kraft. Vor allem beim Aufbohren, Gewinden und Planen seien hohe Spannkräfte erforderlich, damit die Rohre bei der Bearbeitung nicht rotieren oder ihre axiale Position verändern. In intensiver Detailarbeit hat das Team am SCHUNK-Kompetenzzentrum für Drehtechnik und Stationäre Spannsysteme in Mengen individuell für die Anwendung bei HK-CON ein schmales, stationäres Kraftspannfutter mit 
hoher Spannkraft und zugleich großem Backenhub realisiert. Basis war das 2-Backen-Drehfutter SCHUNK ROTA 2B-400.

Erstmals ist es mit dem Futter möglich geworden, eine kraftvolle und zugleich variable Spannung von Rohrenden auf engem Raum zu realisieren, ohne dass ein Umbau des Spanners erforderlich ist. Lange Kolbenführungen gewährleisten eine präzise Werkstückzentrierung; lange Grundbackenführungen eine optimale Backenabstützung. Die Spannung erfolgt fast unmittelbar im Bereich der Führung, so dass ein optimales Verhältnis aus langer Führungsbahn und kurzem Hebel der Spannbacke ermöglicht wird. Justierbare Messingabstreifleisten dichten die Grundbacken ab und schützen das Innenleben vor Spänen, Schmutzpartikeln und Kühlschmierstoffen. Allseitig gehärtete und geschliffene Funktionsteile gewährleisten eine hohe Präzision und eine lange Lebensdauer der Kraftspannblöcke. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: 50.000 N Spannkraft bei einem Hub von 26 mm pro Backe und kompakter Bauweise definieren einen neuen Maßstab hinsichtlich der Kombination aus Backenhub, Spannkraft und Bauraum.

Synergie aus Spanntechnik und Greifsystemen

Nach Aussage von Walter Kraft waren vor allem die Zuverlässigkeit und die Kompetenz von SCHUNK ausschlaggebend für die Entscheidung, wem man das Projekt anvertraut. Schon mehrfach habe HK-CON in enger Abstimmung mit SCHUNK Fachberater Bernhard Ferenz innovative Lösungen realisiert. „Wir waren überzeugt, dass SCHUNK Spannstöcke mit so großem Hub und so großer Spannkraft realisieren kann“, so Kraft. Zusätzlich profitiert HK-CON von der einzigartigen Synergie aus Spanntechnik und Greifsystemen, die nur SCHUNK in einem solchem Umfang bietet. So kommen in einer Rohrenden-Bearbeitungsmaschine mit zweimal fünf Bearbeitungsstationen neben den zehn individuell entwickelten SCHUNK-Kraftspannfuttern 20 abgedichtete SCHUNK PGN-plus 200 Universalgreifer zur unterstützenden Werkstückspannung, 36 federbetätigte SCHUNK PGN-plus 200 als Hebeeinrichtung sowie zwei SCHUNK PGN-plus 200 für das Rohrhandling zwischen linker und rechter Rohrbearbeitung zum Einsatz. „Wir nutzen an jeder Station jeweils drei SCHUNK Greifer für den Transport und jeweils zwei abgedichtete SCHUNK Greifer für die unterstützende Werkstückspannung“, erläutert Walter Kraft. Sämtliche Greifer und Spannblöcke sind mit Prismenbacken ausgestattet, die eine zentrische Spannung gewährleisten und einen großen Durchmesserbereich abdecken. Zusätzlich zu den 50.000 N Spannkraft des Spannblocks kommt über die beiden Stützgreifer nochmals rund 7.000 N Spannkraft hinzu.

Prozesssicherheit und Flexibilität im Fokus

„Bei unseren Maschinen gilt das Prinzip ‚besser sicherer als günstiger‘, denn die Prozesssicherheit ist absolut entscheidend“, unterstreicht Walter Kraft. „Oder anders ausgedrückt: Die Anlage muss einfach laufen.“ Konsequent achtete HK-CON auf einen abgedichteten Arbeitsraum, auf abgedichtete Greifer und robuste Spannmittel. Sowohl die Spannblöcke als auch die Achsen verfügen über eine Zentralschmierung und der größte Teil der Antriebsmotoren ist wassergekühlt. Zudem wurde die Maschine so ausgelegt, dass sich die Späne nicht verfangen und gut abgeführt werden. Damit die Rohre frei von Spänen sind, werden sie während der Bearbeitung von hinten gespült. „Bis auf den Werkzeug- und den Programmwechsel ist im Regelbetrieb kein Bedienereingriff erforderlich“, betont Kraft. Insgesamt 31 NC-gesteuerte Achsen gewährleisten eine maximale Flexibilität bei der Prozessgestaltung und beim Teiletransport. So können die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und die Abholhöhe je nach Werkstück individuell variiert werden. Damit die axiale Position der Rohre zuverlässig erhalten bleibt, sind sie im laufenden Prozess permanent von einem oder mehreren Spannmitteln gespannt. Selbst beim Umsetzen von der Bearbeitung der linken auf die rechte Seite ist die Position exakt definiert. Dank des modularen Aufbaus kann die Zahl der Bearbeitungsstationen, der Werkzeuge und Achsen je nach Anforderung modular erweitert oder reduziert werden.