Ziel der Entwicklung
Kernziel des Vorhabens war die Entwicklung einer Demonstratoranlage zum konturgenauen Fügen von Sammlerrohren. Die geringen Abstände der einzuschweißenden Kernrohre von Sammlerrohren führen zu einer stark eingeschränkten Zugänglichkeit. Unter Beachtung der zu verbindenden Werkstoffe und Rohrwanddicken sind am Anfang der Projektarbeit verschiedene Schweißverfahren bezüglich ihrer Anwendbarkeit untersucht worden. Für praktische Versuche sind letztendlich das Widerstandspunktschweißen und das WIG-Schweißen ausgesucht worden.
Vorteile und Lösungen
Das Widerstandspunktschweißen gehört zu den Schweißverfahren ohne Verwendung von Schutzgas. Es basiert auf der punktuellen Erhitzung und Verflüssigung zweier aufeinander gepresster Werkstücke durch Anlegen einer starken Spannung. Das Verfahren zeichnet sich durch eine gute Produktivität, einen geringen Materialverzug und hohen Automatisierungsgrad aus und wurde deshalb in die Untersuchungen einbezogen. Diese haben gezeigt, dass für die angestrebte Anwendung keine Technologieparameter verfügbar sind, die eine qualitativ ansprechende Schweißnaht zwischen Sammler- und Kernrohr reproduzierbar ermöglichen.
Das WIG-Schweißen wurde als zweites Verfahren in die Untersuchungen einbezogen und innerhalb der Projektarbeit das Konzept für eine Demonstratoranlage zum Innenrohrschweißen von Sammlerrohren umgesetzt. Die verfügbare Anlage vereint eine WIG-Schweißstromquelle, eine Rohraufnahme und die über eine Lanze geführte Elektrode. Diese werden gemeinsam mit der Gasversorgung (Schweiß- und Schutzgas) durch die zentrale Steuerung betrieben. Dabei führt die Schweißlanze eine Linearbewegung und die Rohraufnahme eine Rotationsbewegung aus. Beide Bewegungen werden bezüglich Position und Geschwindigkeit aufeinander abgestimmt und so die vorgegebene Schweißposition, Schweißbahn und die Streckenenergie durch Einbeziehung der Stromquelle vorgegeben. Beim Vorkonfektionieren der Rohre wird ein genau definierter Kernrohrüberstand eingehalten. Dieser wird im Schweißprozess abgeschmolzen, füllt die Naht und ermöglicht den Verzicht auf die Zuführung eines Schweißzusatzwerkstoffes. Über ein Bedienpanel kann der Bediener in einem Schweißprogramm definieren, welche Kernrohre an welcher Position und in welcher Reihenfolge geschweißt werden sollen. Während des Schweißens wird über das Panel der aktuellen Prozessverlauf dokumentiert und im Bedarfsfall kann manuell eingegriffen werden.
Durch erste Technologieuntersuchungen konnte gezeigt werden, dass mit der Demonstratoranlage qualitätsgerechte Schweißverbindungen zwischen Sammlerrohr und Kernrohr erzeugt werden können. Durch eine elastische Vorspannung während des Schweißprozesses wurde der Verzug auf ein Maß begrenzt, welches die Weiterverarbeitung ohne zusätzliches Richten zulässt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der Zielmarkt umfasst Anlagenhersteller und Anlagenbetreiber. In beiden Bereichen ist durch die massiven Änderungen auf dem Energiemarkt und der damit verbundenen hohen Nachfrage nach spezifisch angepassten Wärmetauschern mit steigendem Bedarf an anlagentechnischen bzw. fertigungstechnischen Lösungen zum Innenrohrschweißen zu rechnen. Die wirtschaftliche Fertigung entsprechend kleiner und mittlerer Bauteilserien erfordert eine zunehmende Automatisierung von Produktionsabläufen auch in mittelständigen Unternehmen. Begrenzte Fertigungskapazitäten bei den Anlagenbetreibern, begleitet durch eine nicht ausreichende Verfügbarkeit von Fachkräften, sind weitere Faktoren, die einen entsprechenden Anstieg an Nachfragen erwarten lassen.
Die konstruktive Lösung der Anlagentechnik erlaubt eine einfache Erweiterung und Anpassung an verschiedene Fertigungsaufgaben im Bereich von Sammlerrohren und bietet somit den Anlagenherstellern die Möglichkeit, Ihren Kunden kosteneffiziente Lösungen anzubieten.
