Kraftprotze aus Wilhelmshaven

Neues Schweißverfahren revolutioniert bei Manitowoc die Fertigung / forceArc® stellt die Theorie des Schweißens auf den Kopf

Der Fahrzeugkran GTK 1100 des amerikanischen Herstellers Grove wird in Wilhelmshaven produziert. Er ist besonders für Einsätze, bei denen große Hubhöhen erforderlich sind, geeignet – beispielsweise an Windkraftanlagen (Foto: Manitowoc) (PresseBox) ( Mündersbach, )
Manitowoc Cranes ist ein weltweit führender Hersteller von Kranen. Die Marken der Gruppe sind Grove, Manitowoc, National Crane und Potain. Im Wilhelmshavener Werk entstehen hydraulische Mobil- und Teleskopkrane von 80 bis 450 Tonnen Tragkraft (Abb.1). Wie überall im Stahlbau ist die Schweißtechnik auch hier der wesentliche Fertigungsfaktor - 60 Prozent der Gesamtproduktion. Vor knapp einem Jahr stellte EWM HIGHTEC WELDING, Technologieführer bei Schweißstromquellen und -verfahren, im Werk am Jadebusen das außergewöhnliche Potenzial des innovativen Fügeverfahrens forceArc® vor. Heute spricht der Fertigungsleiter dort darüber als eine Revolution im Stahlbau.

Das Werk ist mehr als nur Produktionsstätte: hier ist neben der Konstruktion & Entwicklung auch der Prototypenbau mit Testareal für die europäischen Krantypen zu Hause. Die Bauteile der riesigen Krane - ob Ausleger, Drehtische, Fahrwerksrahmen oder Abstützträger - sind aus hochfestem Feinkornbaustahl unterschiedlicher Güte (Abb. 2). Bevor diese verschweißt werden, durchlaufen sie die Bearbeitungsstationen thermischer Zuschnitt, Fasen schleifen, Kanten, mechanische Bearbeitung. Beim Fügen zählt für das Unternehmen neben der Qualität, wie überall, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. So sind neben den beiden Unter-Pulver(UP)-Schweißautomaten für Längsnähte 50 herkömmliche Metall-Aktivgas(MAG)-Stromquellen im Einsatz.

Dipl.-Ing. Michael Hüneke ist dortiger Fertigungsleiter und steht der mechanischen Abteilung vor. Zudem ist der Schweißfachingenieur (SFI) erster Ansprechpartner für alle europäischen Werke, wenn es um das thermische Fügen geht. Momentan arbeiten neben ihm in zwei Schichten insgesamt 70 Schweißer, 2 Schweißmeister und 1 Schweißfachmann (Abb. 3).

Fasziniert und erschrocken zugleich

Dass sich die Welt des Fügens bei Manitowoc mittelfristig sehr stark verändern wird ist bereits Programm. Michael Hüneke erinnert sich gerne an den Beginn des Umbruchs: "Vor einem Jahr bekamen wir Besuch vom EWM-Schweißspezialisten Dieter Kocab. Dieser zeigte uns eine Vielzahl an Schweißproben aus seinem Musterkoffer - alle mit dem international ausgezeichneten MAG-Verfahren forceArc® geschweißt. Dann konnten wir erfahren, was jeder Experte als absolut nicht machbar bezeichnen würde: der Mann führte uns vor, wie man einen Vollanschluss mit definierter Kehlnaht an der Nahtwurzel schweißt - ohne jegliche Fase anzuarbeiten". Der Schweißfachingenieur berichtet weiter vom Erstaunen über den Vollanschluss am 10er Blech und der Erkenntnis, dass er hier etwas, bislang in der Schweißtechnik als unmöglich angesehenes, erfuhr: "Ich war fasziniert und erschrocken zugleich. Fasziniert von den Möglichkeiten, die uns solch ein Verfahren ohne jegliches Anfasen eröffnen würde, erschrocken, weil es im Grunde eine Revolution in unserem Stahlbau losträte".

Dem Fachmann war klar, dass diese Verfahrenstechnologie im Widerspruch zu dem stand, was in der Branche als unumstößlich galt: hochfeste Feinkornbaustähle müssen mit niedriger Streckenenergie verschweißt werden, um die Umwandlung des Gefüges in tolerierbaren Grenzen zu halten - forceArc® arbeitet mit hoher Streckenenergie. Dazu Hüneke: "Die Praxis zeigt uns aber, dass in diesem Fall aus dem Feinkorn- kein Grobkorngefüge in der Wärmeeinflusszone (WEZ) entsteht. Alle Festigkeitswerte unserer Härteprüfungen haben dies belegt"(Abb. 4).

Zauberwort "Halbierte Fertigungskosten"

Das neue Fügeverfahren bei Manitowoc ist untrennbar verbunden mit der Inverterstromquelle Phoenix 521 puls. Diese erzeugt aufgrund ihrer hochdynamischen Regelung den so zielgerichteten, kraftvollen Lichtbogen. Zunächst projizierten die Wilhelmshavener die Möglichkeiten von forceArc® auf eine ihrer Anwendungen: Ein 40-Millimeter-Blech, das bisher mit K-Naht-Vorbereitung versehen war (45 Grad Öffnungswinkel auf der Rück-, 60 Grad auf der Vorderseite), erhielt nun eine 30-Grad-HV-Naht. Bei der alten K-Naht-Methode wurde die Wurzel von der Vorderseite geschweißt, von der Rückseite ausgefugt und letztlich beide Seiten verfüllt. Nun wird lediglich von einer Seite geschweißt und verfüllt - die Wurzel mit forceArc®, die Füll- und Decklagen nach einfachem Umschalten am Brenner mit dem Impulslichtbogen. Dazu Hüneke: "Wir haben eine erstaunlich gute Wurzelausbildung bekommen - völlig ohne Badsicherung. Dieses Phänomen ließen wir mehrfach von Instituten für Materialprüfung untersuchen; die Ergebnisse waren allesamt positiv. Ich bin überzeugt, dass dies der künftige Weg für unsere Fügetechnik sein wird". "Auch wir", und da spricht Kostenbewusstsein aus ihm, "unterliegen mit unseren Produkten dem Wettbewerb. Als ich verlauten ließ, dass wir 50 Prozent der Fertigungskosten beim Schweißen und dessen Vorbereitung einsparen könnten, stieß ich bei unseren Controllern wie Kaufleuten offene Türen auf".

Drei Arbeitstage gespart

Die neue Art des Fügens hat im Norden Deutschlands das herkömmliche MAG-Schweißen schon bei einigen Anwendungen abgelöst. So wird zum Beispiel eine besonders schwere Verriegelungskonsole für den Mobilkran GMK 7450 damit geschweißt (Abb. 5). An diesem Bauteil aus Feinkornbaustahl S 960 QL war das Fugenhobeln und das Schweißen der Gegenlage aufgrund der schlechten Zugänglichkeit extrem schwierig. Jedes Teil musste zudem mit Ein- und Auslaufblech für Nahtanfang und -ende versehen werden. Der Experte Hüneke: "In enger Abstimmung mit unserer Konstruktion haben wir das Bauteil forceArc®-gerecht konstruiert und fertigen nun in einer Vierer-Losgröße (Abb. 6). Das spart uns die Gegenlage, spart zweimaliges Ausfugen und Verfüllen an einer besonders schwer zugänglichen Stelle. Wir schweißen einfach durch, sparen Zusatzwerkstoff (DR-SG 100 X/20) und nicht zuletzt Schutzgas (M21 nach DIN EN ISO 14175). Für die alte Produktionsmethode wurden 32 Schweißraupen einschließlich Decklage benötigt, bei der neuen 30-Grad-Version kommen wir mit lediglich 13 Raupen aus" (Abb. 7). In Produktionstagen ausgedrückt wird das Sparpotenzial durch forceArc® noch transparenter. Der Betriebsleiter beziffert die heutige Fertigungszeit mit zwei Schichten gegenüber fünf Schichten in der Vergangenheit.

Verfahrensinnovation speckt Fertigung ab

Von der Zukunft "seiner" neuen Geräte-Verfahrens-Kombination ist Hüneke durchweg überzeugt: "Es wird uns in der Fertigung wesentliche Erleichterungen bringen, ja sogar aufwendige Arbeitsschritte eliminieren. So werden unsere Fasenschleifanlage und Brennschneidmaschine künftig weniger frequentiert sein. Denn für eine K-Naht mussten wir bisher zwei Fasen pro Blechseite herstellen; bei der HV-Naht ist es nur noch eine. Auch das Handling der Bauteile zwischen den Bearbeitungsschritten entfällt damit".

Die neue Ära des Schweißens beim Kranbauer Manitowoc macht sich auch bei der Qualität bemerkbar. Die Qualität, die es zu erzeugen gilt, wird weitaus früher erzielt, da entschieden weniger Arbeitsschritte notwendig sind. Auch der Wärmeeintrag ins Werkstück ist im Vorfeld einfacher zu definieren, Schrumpfungsprozesse sind besser vorhersehbar, was schon bei der Konstruktion besonders hilfreich ist. Herkömmliches MAG-Schweißen bedingt mehrere Arbeitsschritte mit hohen Wärmeeinträgen und ständiges neues Positionieren: Schweißen von Nahtwurzel und ersten Zwischenlagen, Ausfugen der Wurzelrückseite, teilweises Füllen der Gegenlage, Füllen der ersten Seite und Decklage schweißen, Füllen der Gegenlage und Decklage schweißen - die Schritte zwei, drei und fünf erübrigen sich mit der neuen Technologie (Abb. 8).
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