Vor- und Nachteile Fasenroboter versus 3D-Fasenschneidkopf auf dem Schneidportal

Plasmaschneidanlage mit 3D-Fasenkopf
Plasmaschneidanlage mit zwei 3D-Fasenköpfen

Systematische Probleme bei allen Fasenaggregaten:

  1. Höhenregelung
  2. Funkenflug zur Seite, UV-Strahlung
  3. Absaugung

Die Höhenregelung ist die Achillesverse beim Fasen, denn jedes Heben oder Senken des Schneidkopfes verändert die geometrische Fasenform und bedeutet aufwendige Nacharbeit oder Ausschuss. Ein Problem, das beim einfachen Senkrechtschnitt in der Form nur eine geringe Bedeutung hat. Hier bieten Hersteller unterschiedliche Lösungen und Antworten. Durch die Schrägstellung des Schneidkopfes fliegen mehr Funken zur Seite als beim Geradschnitt, dies kann Personenschäden nach sich ziehen. Gleichzeitig werden durch den seitlichen Funkenflug auch die Gase und Dämpfe weniger günstig von der Absaugung erfasst und in den Raum geblasen.

Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile beim Fasen mit Roboter gegenüber maschinengestützten automatischen Fasenaggregaten bei Blechtafeln/Flachmaterialien:

 

Vorteil der Fasen-Roboterlösung:

  • Dem gegenüber steht der Vorteil, dass die Roboterlösung weniger Materialverschnitt produziert, weil die Teile im günstigen Senkrechtschnitt auf der Maschine erzeugt werden und der Roboter nur die Fasen abzutrennen hat.
  • Ein weiterer Vorteil der Roboterlösung liegt in der Abschottung der Schneidkabine, die als Roboterzelle personengeschützt sein muss, was modellspezifisch durch räumliche Abtrennung, Einhausung oder durch Lichtschranken erfolgt, so dass besser vor parasitärem Funkenflug geschützt werden kann und auch leichter abgesaugt werden kann, als bei einer großen "frei aufgestellten" Schneidmaschine.
  • Die Schneidmaschine steht mit ihren Brennern für weitere Senkrechtschnitte der Produktion frei zur Verfügung.
  • Die Präzision der Fasenschnitte kann am Roboter höher sein (modellabhängig), wenn Laserscanner eingesetzt werden. Wenngleich mittlerweile auch Portalanlagen Laserscanner bei ihren Fasenköpfen einsetzen, um die Genauigkeit zu erhöhen.
  • Der Fasenroboter kann systembedingt mehr Fasenarten erzeugen.
  • Der Roboter kann schnellere Schnittgeschwindigkeiten nutzen, da er nicht das gesamte schräge Material durchschneiden muss.
  • Systembedingt kann der Roboter, wenn er mit Hilfe des Laserscanners die Konturen überprüft, genauer schneiden und auch thermischen Verzug kompensieren (modellabhängig).
  • Wenn die Düsengeometrie des Schneidkopfes dies zuläßt, kann der Roboter größere Winkel anfasen. (modellbedingt).
  • Schneidet man auch Behälter oder Rohre oder gar im freien 3D-Raum so bietet in der Regel der Roboter deutliche Systemvorteile, zum Teil ist der Roboter dann nicht selten sogar nur die einzige Alternative, da er systembedingt Stellen erfassen kann, die eine Portalachse auf einer Maschine nur sehr schwer, oder gar nicht, oder nur mit erheblichem konstruktiven Aufwand ermöglicht.
  • Der Einsatz mit neuartigen Roboteranlagen mit Laserscanner kann schon bei Losgrößen von 1 bis sehr groß wirtschaftlich sein. Auch in dieser Hinsicht hat sich durch die schnelle und einfache Programmierung und Handhabung mancher Systeme in den letzten Jahren viel getan.

Nachteil der Fasen-Roboterlösung:

  • Das Material muss zweimal angefast werden, es muss vom Brenntisch abgeräumt und auf den Roboter-Arbeitsplatz aufgelegt werden.
  • Bei Einfach- oder Altanlagen finden wir noch eine externe Roboterprogrammierung vor oder das Teachen des Schneidroboters. Neuste Offline-Programmiersysteme reduzieren den Aufwand zwar, doch je einfacher die Programmierung des Roboters möglich ist, desto sinnvoll ist sein Einsatz bei kleinen Losgrößen.
  • Problematisch kann die Rüstzeit bei sehr großen und schweren Konturteilen werden.

Vorteil der maschinenbasierten Fasenaggregate, 3D-Schneiden mit dem Schneidaggregat:

  • Das Fasenaggregat kann alles in einer Aufspannung erledigen, d.h. Fertigteileproduktion in einem "Aufguss": Zeit- und Kostenersparnis.
  • Die Rüstzeiten können geringer ausfallen, weil die Teile fertig entnommen werden können und nicht zweimal bewegt werden müssen.
  • Ein Nebeneffekt: Das maschinenbasierte Schwenkkopf-System kann eine Verbesserung der Schnittqualität bei Senkrechtschnitten bedeuten, denn die physikalisch bedingten Schnittschrägen der Zuschnittkonturen lassen sich im Idealfall durch leichte Schrägstellung des Plasmakopfes um beispielsweise (Brennerabhängig) 4° einfach wegkompensieren, so dass nahezu senkrechte Plasmaschnitte für alle normalen Senkrechtteile erzeugt werden können, wenn und das ist die Bedingung, wenn die Software und Maschine diese Schnittfehler-Kompensationsfunktion besitzen. (modellabhängig!)
  • Plasma besitzt den physikalischen Nachteil des nachlaufenden Strahls, weshalb Innenkonturen und Ecken schlechter ausfallen. Mit einem Fasenkopf kann durch vorlaufendes Schwenken des Kopfes in Schneidrichtung, also vorlaufender Schneidstrahl, der Nachlauf in den Ecken kompensiert werden, was zu einer Erhöhung der Schnittqualität führen würde, falls Software und Hersteller diese Funktion anbieten (modellabhängig!). Im Wasserstrahlbereich werden bei einigen Maschinen bereits diese Funktionen erfolgreich eingesetzt, so dass der Masse behaftete Wasserschneidstrahl um genau diesen Schnittwinkel durch ein leichtes Anwinkeln des Schneidkopfes kompensiert wird und so senkrechtere Schnittkanten und Innenkonturen erzeugen kann (natürlich auch hier gilt, falls das System diese Technik und Software besitzt).
  • Die Investion in einen Fasenschwenkkopf ist geringer als ein eigenständiges Fasenroboter-System.
  • Auch für die Portallösung existieren mittlerweile Laserscanner, welche Bauteile frei auf dem Brenntisch erfassen können, selber einmessen und Schnittfehler kompensieren können (modellabhängig).
  • Mit Hilfe eines Laserscanners kann der Fasenschwenkkopf auch die Teile die einzeln auf dem Brenntisch aufgelegt werden, nachträglich anfasen.
  • Das Stauberfassungssystem des Brenntisches kann mit leichter Modifikation auch für den Fasenschnitt benutzt werden. Robuste Sichtschutz- und Funkenschutz-Vorhänge reichen meistens aus.
  • Aufwendige Personenschutzsysteme wie bei Roboter-Lösungen sind nicht erforderlich, denn meistens übernimmt das inkludierte Maschinensystem diese Funktion. Wobei wir aber verstärkt den zunehmenden Einsatz von Lichtschrankensysteme bei Portalanlagen feststellen, wodurch sich dieser Vorteil relativiert.
  • Der maximale Schneidbereich ist in der Regel vom Fahrbereich der Maschine abhängig und kann damit in der Regel sehr groß ausfallen.
  • Manche Anwender berichten über wirtschaftliche Vorteile bei bestimmten Anwendungen mit großen Bauteilen, die so verschachtelt werden können, dass aus einer Blechtafel von beispielsweise 2,5 x 12 m zwei oder drei Teile ausgeschnitten werden und dabei der Schachtelabstand zwischen den Teilen sowie der Materialrest keine Rolle spielen. Kann hier in einem Zug geschnitten und gefast werden, so hat dies für diese Anwendungen den Vorteil, dass aufwendige Rüstzeit durch Umlagerung dieser großen Teile entfällt.

Nachteil der maschinenbasierten Fasenaggregate, 3D-Schneiden mit dem Schneidaggregat:

  • Höherer Verschnitt bei vielen kleinen Teilen, wenn in einem Zug gearbeitet wird.
  • Eine nicht immer einfache Programmierung, die sich aber modellanhängig mittlerweile deutlich verbessert hat.
  • Es kann erforderlich sein, dass Blechreste zwischendurch im Schneidprozess manuell entfernt werden müssen, je nach Naht, je nach Maschinensystem. Dabei kann es vorkommen, dass die Blechtafel leicht bewegt wird und somit Konturen und Genauigkeiten nicht mehr übereinstimmen. Zeitvorteile könnten sich so relativieren.
  • Problematisch könnte das Schneiden von Kleinteilen oder kleinen Blechen sein, wenn diese sich auf dem Brenntisch bewegen sollten und so der Bezugspunkt nicht mehr stimmt.
  • Die gesamte Maschine ist mit dem Fasen ausgelastet und kann während dieser Zeit keine weiteren Senkrechtschnitte mehr abwickeln.
  • Schutzvorhänge und Schweißrauchabsaugungen nutzen meist schnell ab.
  • Bestimmte Nahtformen sind für die maschinenbasierten integrierten Fasenkopfsysteme schwerer und aufwendiger oder ungenauer zu schneiden, manche sind gar nicht möglich, wenn die Vorteile des Schneidens in einer Aufspannung beibehalten werden sollen, z.B. Fasen unterhalb des Zuschnitts.

Randbegingungen beim Fasen beachten:

Dies bedeutet für den Anwender, dass er sich im Vorfeld bei der Auswahl sorgfältig von allen Randbedingungen wie der Programmierung, Höhenregelung, Absaugung, Fehlerfall etc. beim Hersteller zu informieren hat. Ein weiterer Aspekt ist der unter Umständen erhöhte Schulungs- und Lernaufwand für die Bediener, der keinesfalls unterschätzt werden darf. Je nach Potential und je nach Kenntnisstand der Werker kann es für manchen Betrieb bedeuten, dass er höher qualifiziertes Personal benötigt oder der vorhandenen Mannschaft mehr Schulungs- und Lernaufwand zukommen lassen muss. Unser Tipp: Sparen Sie nicht an Schulungskosten. Wobei auch hier modellabhängige Unterschiede in der Dauer der Lernkurve auf dem Markt auszumachen sind - eine gründliche Produktauswahl empfiehlt sich auch hierbei.

Weiterhin gilt es zu bedenken: Abgenutzte Brenntischauflagen tragen nicht zu einer Erhöhung der Schnittgenauigkeit bei

Der Nachteil des erneuten Umrüstens des Konturteils auf den Roboterbrenntisch beinhaltet jedoch gleichzeitig auch einen Vorteil: Die Aufspanung auf einem eigenen, dafür vorgesehenen Tisch kann zu genaueren Fasenschnitten führen, als beim Schneiden auf den eventuell schon verschnittenen, abgenutzten Brenntischauflagen und Stegen der Schneidmaschine. Denn beim Schneidtisch nutzen die Lamellen der Auflagestege schnell ab, sind mit Schlacke behäuft und stellen damit eine potentielle Gefahr dar, dass ausgeschnittene Teile sich lockern oder verrutschen. Abgenutze Brenntische können zu einer Schieflage des Materials führen, was in Folge ungenaue Schnittwinkel produziert. Doch generell gilt: Wird der Schneidkopf geschwenkt, egal ob beim Roboter oder beim Fasenkopf, schneidet der austretende Plasmastrahl wesentlich mehr Stegmaterial parasitär kaputt als er dies beim Senkrechtschnitt vermag. Man sollte daher auch die Kosten für neue Tischauflagen mit einkalkulieren und die können je nach Tischgröße, Winkellage und Schneidleistung des Plasmabrenners nicht unerheblich sein.

Ein weiterer Aspekt ist der Investitionsaufwand in eine Fasenschneidanlage: Eine grobe Klassifizierung könnte so aussehen:

1. Die Roboterlösung benötigt einen höheren Investitionsaufwand, weil hier systembedingt die Infrastruktur erneut erforderlich ist, z.B. ein weiterer Plasmabrenner, die Absaugung, die Absperrung, die CNC-Steuerung, die Programmiertechnik, der Brennschneidtisch. Im Gegebzug erhält man natürlich ein weiteres von der Portalanlage unabhängiges System. 2. Preiswerter gestalten sich die maschinengestützen Systeme, die zwar je nach Hersteller eventuell eine statisch und dynamisch aufwendiger ausgelegte Maschine erforderlich macht, doch sind Plasmabrenner, Steuerung, Brenntisch, etc. bereits vorhanden, so dass diese Anlagenteile nicht erneut angeschafft werden müssen. 3. Für "Weniganwender" kommen noch manuelle Systeme in Betracht, also die Knabbermaschinen, Fräsanlagen, Winkelschleifer, Schleifanlagen, Handgeräte mit einfachem motorischem Vorschub etc.
Die Investitionen können hier bei wenigen 1.000,- € auch bis zu einigen 10.000,- € bis 100.000,- € betragen. Das Werkzeug mag in der Anschaffung preisgünstiger sein, doch der personelle Aufwand muss dagegen gerechnet werden, ebenso die Verbrauchsmaterialien beispielsweise Fräser, Schleifpapier oder Schleifwalzen etc. Bei geringen Stückzahlen, für Geringanwender oder den Eigenbedarf wird diese Variante in der Praxis ebenso angetroffen.

FAZIT: Welche Fasenschneidtechnik ist die Richtige?

Alle Varianten des Fasenschneidens bieten den Vorteil, dass neue Nischen und Märkte erschlossen werden können, indem die vom Markt verlangten zu fasenden Teile wirtschaftlich hergestellt werden können, egal ob als Einzelstück oder in Serie, wenn das System hierzu passend ausgewählt wurde. Damit stellt das automatische Fasen eine Bereicherung des Portfolios eines Schneidunternehmens dar und kann dazu beitragen, die eigene Marktposition zu stärken, natürlich nur unter der Voraussetzung einer ausgereiften und wirtschaftlich arbeitenden Anlage, die zu Ihrer Produktion und Ihren Bedürfnissen passt. Ziehen Sie einen Schluss für sich selber und Ihre Anwendung, Ihren Bedarf und passend zu Ihren Produkten!
Es gibt keine Pauschallösung, jedes System hat seine Stärken und Schwächen.

Abhängig von der Anzahl und der Größe der zu fasenden Teile, abhängig vom Dickenbereich und dem Schneidverfahren, abhängig vom Material und seinem Wert, abhängig vom Potential der Bediener, abhängig vom Budget, kann eine Entscheidung nur individuell für einen Betrieb getroffen werden. Der Markt bietet heute verschiedene Lösungen für verschiedene Geldbeutel und Anwendungsfälle an.

In unserem B2B-Portal können Sie sich einen schnellen preislichen Überblick verschaffen und sich verschiedene Lösungen anbieten lassen.

Roboter mit Plasmabrenner
Roboter mit Plasmabrenner für die Schweißnahtvorbereitung