"Die hohe Leistungsfähigkeit, verbunden mit einer herausragenden Fertigungssicherheit, macht das automatisierte WIG-Orbitalschweißen für viele Industriebereiche mit unterschiedlichsten Anwendungen zu dem Fügeverfahren der Wahl. Bei Schweißverbindungen, die korrosiven Medien bei hohen Drücken und Temperaturen standhalten müssen, kann so der geforderte Qualitätsstandard erreicht werden. Bedeutende Vorteile des Verfahrens sind kürzere Fertigungszeiten, gesteigerte Produktivität, eine glatt durchlaufende Schweißnahtoberfläche und, nicht zu vergessen, die minimale Wärmeeinbringung", auf diesen Nenner bringt Geschäftsführer Dipl.-Ing. Dirk Darmstädter (Abb. 1) die Entscheidung der Schrader Unternehmensgruppe, auf das automatisierte Fügen von Rohren zu setzen.
In der Vergangenheit dominierten im Anlagenbau für die "High Purity"-Industrien kundenspezifisch angefertigte Konstruktionen aus korrosionsbeständigem Stahl. Heute können diese Sonderlösungen zum Großteil mit Standardkomponenten verwirklicht werden. Um Anwender wie die Pharma- und Lebensmittelindustrie bei der kontinuierlichen Optimierung ihrer Herstellungsprozesse zu unterstützen und deren strenge Vorgaben sowie die inzwischen schärfer gefassten Normen zu erfüllen, verfolgen die Anlagenhersteller den eingeschlagenen Weg der Standardisierung ihrer Konstruktionen konsequent weiter.
Die Schrader Firmengruppe mit Hauptsitz in Ennigerloh, Deutschland, gehört zu den Herstellern, die die steigende Nachfrage nach Anlagen für hochreine Produkte als erste registrierten. Ein wichtiges Arbeitsgebiet der Firma ist das Errichten von Industrieanlagen für die Industriezweige Pharmazie, Biotechnologie, Nahrungsmittel, Chemie, Automobil, Energie, Papier und Zellulose sowie Farben und Lacke. So vielfältig wie die Branchen sind auch die zu liefernden Anlagen und deren Komponenten: Apparate, Behälter, Kolonnen, Wärmetauscher (Abb. 2), Autoklaven, Extrakteure und Vakuum-Units überwiegend aus korrosionsbeständigen und höher legierten Stählen (z.B. Duplexstähle und Nickelbasislegierungen).
"Die Zeit war reif"
Die Verarbeitung pharmazeutischer Produkte ist besonders streng und umfassend reglementiert. Das Einhalten der Qualitätskriterien nach der amerikanischen Norm der Food and Drug Administration (FDA) ist oberstes Gebot, denn das Endprodukt könnte durch prozessbedingte Verunreinigungen oder mikrobakterielles Wachstum in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt und damit wertlos werden. Der Geschäftsführer Dirk Darmstädter erinnert sich noch genau an die Anfänge des automatisierten Orbitalschweißens in seinem Unternehmen anlässlich eines Auftrages aus der pharmazeutischen Industrie: "Es wurden sehr glatte Oberflächen gefordert und wir fragten uns natürlich, ob wir manuell schweißen sollten oder trotz mangelnder Erfahrung mit der WIG-Orbitaltechnik besser bedient wären?" Darmstädter erkannte: "Die Zeit war reif und wir brauchten eine gesteigerte Qualität, verbunden mit höherer Wirtschaftlichkeit (Abb. 3). Unsere Schweißer kommen zum großen Teil aus der Kerntechnik, sie verstehen sich also ausgezeichnet auf ihr Metier. Die von ihnen manuell hergestellten Schweißnähte unterscheiden sich kaum von automatisiert gefertigten, aber die manuelle Methode ist eben sehr viel langsamer."
Schrader entschied sich 1995 probeweise für eine Orbitalschweißmaschine von Polysoude (Nantes, Frankreich). "Polysoude vermietete uns bei diesem ersten Projekt die Ausrüstung (Abb.4) und wir stellten das Personal; so haben wir durch unsere Zusammenarbeit den Auftrag im Sinne des Kunden ausführen können", erinnert sich Darmstädter, "mit der Einführung des Orbitalschweißens stieg die Produktivität, denn der mechanisierte Prozess ist weniger arbeitsaufwändig. Die durchgehende Schweißnaht ohne Überlappungen erlaubt es dem Schweißer, mehr Schweißnähte pro Arbeitstag fertigzustellen. Nacharbeit wie Schleifen oder Reinigen fällt nicht mehr an."
Automatisiertes WIG-Orbitalschweißen in allen Varianten
Nach diesem Erfolg setzte Schrader das automatisierte Orbitalschweißen auch beim Bau von Anlagen für die Pigment- und Farbenherstellung ein. Die Anforderungen an die Qualität dieser Anlagen lassen sich mit denen der pharmazeutische Industrie oder der Nahrungsmittelherstellung vergleichen. Ungleichmäßig ausgebildete Schweißnähte führen im Inneren der Rohre zu Anlagerungen von Pigmenten, was die Unbrauchbarkeit anschließend hergestellter Chargen verursachen kann.
Heute ist das automatisierte WIG-Orbitalschweißen innerhalb der Unternehmensgruppe in all seinen Varianten vertreten: mit geschlossenen Schweißzangen (Abb. 5) und offenen Schweißköpfen zur Herstellung von Rohr-Rohr-Verbindungen, von Rohr-Flansch-Verbindungen sowie im Pipelinebau. Rohr-Rohrboden-Schweißköpfe mit und ohne Zusatzdraht dienen zum Bau von Wärmetauschern, selbst Hinterbodenschweißungen an Rohrböden sind absolut kein Hindernis mehr. Bei all diesen Fügeaufgaben kommen die Vorteile des automatisierten Orbitalschweißens voll zum Tragen: die niedrigen Produktionszeiten, die besonders guten Nahtoberflächen bei optisch und hygienisch einwandfreien Verbindungen, die minimale Wärmeeinbringung zur Erlangung der – auch metallurgisch – hohen Qualität und Reproduzierbarkeit der Schweißnähte, die sich dann gleichen wie ein Ei dem anderen. Die Voraussetzung für diese "Null-Fehler-Produktion" ist neben der einwandfreien Nahtvorbereitung das exakt abgestimmte Schweißprogramm, bei dem alle Parameter "sitzen" – Lichtbogenlänge, Stärke und Pulstechnik des Schweißstroms, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgasführung, Kombination aus Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff (wenn nötig) und natürlich die Wärmeführung.
Beispielhaftes Qualitätsdenken
Der Geschäftsführer weiß, wie sehr auch seine Kunden die dadurch erreichbare Qualität schätzen: "Ich erkläre unseren Mitarbeitern immer wieder, zu welcher Leistungsfähigkeit sich die Fügetechnik in der Firmengruppe entwickelt hat", und er merkt an, "diese Argumente gelten nicht nur für die Technik, sie zählen auch ungeschmälert im Vertrieb." Bei aller Begeisterung verliert er aber den Blick für die Basis dieses Erfolgs nicht – die beste Technologie ist nur so gut wie die Menschen, die sie einsetzen. Bei Schrader wird deshalb auf eine besonders sorgfältige Ausbildung der Orbitalschweißer Wert gelegt: sechs Wochen auf der Baustelle und nochmals drei Wochen im Werk.
"Unser Top-Schweißer", erläutert Darmstädter, "beherrscht die Programmierung umfassend. Er kennt alle Orbital-Schweißanlagen und die darauf installierten Programme, überwacht die Qualität und zeichnet für das exakte Einhalten der Parameter verantwortlich (Abb.6). Zudem begutachtet er in den meisten Fällen die eingangs vor einer Schicht hergestellten Arbeitsproben." Damit beschreibt Darmstädter die Produktionssicherheit bei großen Aufträgen mit häufig wiederkehrenden Fertigungsschritten. So gibt er auch zu Bedenken: "Mit unzureichend abgestimmten Parametern wiederholt sich ein Schweißfehler bei jeder neuen Naht. Deshalb beginnt jede Schicht mit einer Probeschweißung. Erst wenn diese zur Zufriedenheit des Qualitätsverantwortlichen ausfällt, läuft die Produktion an." Danach dokumentieren die in die Schweißautomaten des Herstellers integrierten Schweißdaten-Erfassungssysteme die Parameter jeder Schweißnaht als verlässlichen Beleg der Qualität.
Beispielhaft für das Qualitätsdenken und die Qualitätssicherung im Haus steht ein Auftrag aus dem Jahr 2005. Ein großer Kondensatabscheider für einen Anwender aus der chemischen Industrie war zu fertigen. Dafür mussten 5 000 Rohre in Rohrböden eingeschweißt werden. Das bedeutete über 20 000 Schweißungen an Duplex-Stahl. Während der 4-monatigen Bauzeit wurde kein Augenblick von den bewährten Arbeitsabläufen abgewichen – kein noch so kleines Detail aus den Augen verloren. "Jeder Morgen begann mit Probeschweißungen", resümiert Darmstädter, "über einen solch langen Fertigungszeitraum kann es in der Fertigungshalle sehr heiß werden, die Temperatur kann aber auch stark sinken. Zudem ist es auch denkbar, dass die Netzspannung des Werkes Schwankungen unterliegt. Gefügeaufnahmen der täglichen angefertigten Probestücke belegten letztlich die perfekte Durchschweißung."
Eine ähnlicher Auftrag, bei dem 2 000 Rohre in Böden eines Gärbehälters einzuschweißen waren, verdeutlicht, mit welchen Produktivitätssprüngen der Anwender beim automatisierten Orbitalschweißen kalkulieren kann: Bedient ein Schweißer bei solchen Aufgaben mehrere Orbital-Schweißköpfe parallel, reduziert sich die Fertigungszeit auf einen Bruchteil (Abb. 7).
Auch den Pipelinebau beherrscht man in der Unternehmensgruppe perfekt. Standfestigkeit und Stabilität der Pipelines werden entscheidend durch die Rohrwerkstoffe und die Schweißnähte beeinflusst. Ob beim manuellen Schweißen oder beim mechanisierten Fügen – nur zertifizierte Schweißer kommen bei Schrader zum Zug. Das Unternehmen ist im Besitz in- und ausländischer Zulassungen: es werden Druckbehälter gefertigt, die deutschen (AD-Verordnung), österreichischen (Ö-Norm) oder niederländischen (Stoomwezen) Regelwerken entsprechen, selbst chinesische oder russische Normen werden bei Bedarf erfüllt. Die Firma ist zudem nach EN/ISO 9001 zertifiziert, sie konstruiert und fertigt entsprechend den Vorgaben des American Standard of Mechanical Engineers (ASME VIII Division 1).
Referenzen von Schrader: Orica, Kvaerner, BASF, Bayer, Boehringer, Degussa, GEA, Sappi, Henkel, MAN, Nestle, BMS, Roche, Schering, Siemens, Dupont, BMW, Audi, Daimler-Crysler, LTS-Corp., Galena.
Zusatzinformationen: Schweißtechnische Anwendungen bei Schrader
Das Schweißen ist in der Schrader Unternehmensgruppe die bevorzugte Technik zur Herstellung unlösbarer Verbindungen mit folgenden Verfahren:
WIG Orbitalschweißen WIG Schweißen (141)
Lichtbogenschweißen (111)
Unterpulverschweißen (12)
MIG-Schweißen (131) (MIG)
MAG-Schweißen (135) (MAG)
Fülldrahtschweißen (136)
Punktschweißen (21)
Der "Fuhrpark" der Orbitalschweißanlagen umfasst:
– POLYSOUDE Schweißstromquellen des Typs PS 4 und PS 6
– POLYSOUDE Rohr-Rohrboden Schweißköpfe TS
– POLYSOUDE geschlossene Schweißzangen MW für Rohr-Rohr-Verbindungen
– POLYSOUDE offene Schweißköpfe MW für Rohr-Rohr-Verbindungen
In der Vergangenheit dominierten im Anlagenbau für die "High Purity"-Industrien kundenspezifisch angefertigte Konstruktionen aus korrosionsbeständigem Stahl. Heute können diese Sonderlösungen zum Großteil mit Standardkomponenten verwirklicht werden. Um Anwender wie die Pharma- und Lebensmittelindustrie bei der kontinuierlichen Optimierung ihrer Herstellungsprozesse zu unterstützen und deren strenge Vorgaben sowie die inzwischen schärfer gefassten Normen zu erfüllen, verfolgen die Anlagenhersteller den eingeschlagenen Weg der Standardisierung ihrer Konstruktionen konsequent weiter.
Die Schrader Firmengruppe mit Hauptsitz in Ennigerloh, Deutschland, gehört zu den Herstellern, die die steigende Nachfrage nach Anlagen für hochreine Produkte als erste registrierten. Ein wichtiges Arbeitsgebiet der Firma ist das Errichten von Industrieanlagen für die Industriezweige Pharmazie, Biotechnologie, Nahrungsmittel, Chemie, Automobil, Energie, Papier und Zellulose sowie Farben und Lacke. So vielfältig wie die Branchen sind auch die zu liefernden Anlagen und deren Komponenten: Apparate, Behälter, Kolonnen, Wärmetauscher (Abb. 2), Autoklaven, Extrakteure und Vakuum-Units überwiegend aus korrosionsbeständigen und höher legierten Stählen (z.B. Duplexstähle und Nickelbasislegierungen).
"Die Zeit war reif"
Die Verarbeitung pharmazeutischer Produkte ist besonders streng und umfassend reglementiert. Das Einhalten der Qualitätskriterien nach der amerikanischen Norm der Food and Drug Administration (FDA) ist oberstes Gebot, denn das Endprodukt könnte durch prozessbedingte Verunreinigungen oder mikrobakterielles Wachstum in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt und damit wertlos werden. Der Geschäftsführer Dirk Darmstädter erinnert sich noch genau an die Anfänge des automatisierten Orbitalschweißens in seinem Unternehmen anlässlich eines Auftrages aus der pharmazeutischen Industrie: "Es wurden sehr glatte Oberflächen gefordert und wir fragten uns natürlich, ob wir manuell schweißen sollten oder trotz mangelnder Erfahrung mit der WIG-Orbitaltechnik besser bedient wären?" Darmstädter erkannte: "Die Zeit war reif und wir brauchten eine gesteigerte Qualität, verbunden mit höherer Wirtschaftlichkeit (Abb. 3). Unsere Schweißer kommen zum großen Teil aus der Kerntechnik, sie verstehen sich also ausgezeichnet auf ihr Metier. Die von ihnen manuell hergestellten Schweißnähte unterscheiden sich kaum von automatisiert gefertigten, aber die manuelle Methode ist eben sehr viel langsamer."
Schrader entschied sich 1995 probeweise für eine Orbitalschweißmaschine von Polysoude (Nantes, Frankreich). "Polysoude vermietete uns bei diesem ersten Projekt die Ausrüstung (Abb.4) und wir stellten das Personal; so haben wir durch unsere Zusammenarbeit den Auftrag im Sinne des Kunden ausführen können", erinnert sich Darmstädter, "mit der Einführung des Orbitalschweißens stieg die Produktivität, denn der mechanisierte Prozess ist weniger arbeitsaufwändig. Die durchgehende Schweißnaht ohne Überlappungen erlaubt es dem Schweißer, mehr Schweißnähte pro Arbeitstag fertigzustellen. Nacharbeit wie Schleifen oder Reinigen fällt nicht mehr an."
Automatisiertes WIG-Orbitalschweißen in allen Varianten
Nach diesem Erfolg setzte Schrader das automatisierte Orbitalschweißen auch beim Bau von Anlagen für die Pigment- und Farbenherstellung ein. Die Anforderungen an die Qualität dieser Anlagen lassen sich mit denen der pharmazeutische Industrie oder der Nahrungsmittelherstellung vergleichen. Ungleichmäßig ausgebildete Schweißnähte führen im Inneren der Rohre zu Anlagerungen von Pigmenten, was die Unbrauchbarkeit anschließend hergestellter Chargen verursachen kann.
Heute ist das automatisierte WIG-Orbitalschweißen innerhalb der Unternehmensgruppe in all seinen Varianten vertreten: mit geschlossenen Schweißzangen (Abb. 5) und offenen Schweißköpfen zur Herstellung von Rohr-Rohr-Verbindungen, von Rohr-Flansch-Verbindungen sowie im Pipelinebau. Rohr-Rohrboden-Schweißköpfe mit und ohne Zusatzdraht dienen zum Bau von Wärmetauschern, selbst Hinterbodenschweißungen an Rohrböden sind absolut kein Hindernis mehr. Bei all diesen Fügeaufgaben kommen die Vorteile des automatisierten Orbitalschweißens voll zum Tragen: die niedrigen Produktionszeiten, die besonders guten Nahtoberflächen bei optisch und hygienisch einwandfreien Verbindungen, die minimale Wärmeeinbringung zur Erlangung der – auch metallurgisch – hohen Qualität und Reproduzierbarkeit der Schweißnähte, die sich dann gleichen wie ein Ei dem anderen. Die Voraussetzung für diese "Null-Fehler-Produktion" ist neben der einwandfreien Nahtvorbereitung das exakt abgestimmte Schweißprogramm, bei dem alle Parameter "sitzen" – Lichtbogenlänge, Stärke und Pulstechnik des Schweißstroms, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgasführung, Kombination aus Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff (wenn nötig) und natürlich die Wärmeführung.
Beispielhaftes Qualitätsdenken
Der Geschäftsführer weiß, wie sehr auch seine Kunden die dadurch erreichbare Qualität schätzen: "Ich erkläre unseren Mitarbeitern immer wieder, zu welcher Leistungsfähigkeit sich die Fügetechnik in der Firmengruppe entwickelt hat", und er merkt an, "diese Argumente gelten nicht nur für die Technik, sie zählen auch ungeschmälert im Vertrieb." Bei aller Begeisterung verliert er aber den Blick für die Basis dieses Erfolgs nicht – die beste Technologie ist nur so gut wie die Menschen, die sie einsetzen. Bei Schrader wird deshalb auf eine besonders sorgfältige Ausbildung der Orbitalschweißer Wert gelegt: sechs Wochen auf der Baustelle und nochmals drei Wochen im Werk.
"Unser Top-Schweißer", erläutert Darmstädter, "beherrscht die Programmierung umfassend. Er kennt alle Orbital-Schweißanlagen und die darauf installierten Programme, überwacht die Qualität und zeichnet für das exakte Einhalten der Parameter verantwortlich (Abb.6). Zudem begutachtet er in den meisten Fällen die eingangs vor einer Schicht hergestellten Arbeitsproben." Damit beschreibt Darmstädter die Produktionssicherheit bei großen Aufträgen mit häufig wiederkehrenden Fertigungsschritten. So gibt er auch zu Bedenken: "Mit unzureichend abgestimmten Parametern wiederholt sich ein Schweißfehler bei jeder neuen Naht. Deshalb beginnt jede Schicht mit einer Probeschweißung. Erst wenn diese zur Zufriedenheit des Qualitätsverantwortlichen ausfällt, läuft die Produktion an." Danach dokumentieren die in die Schweißautomaten des Herstellers integrierten Schweißdaten-Erfassungssysteme die Parameter jeder Schweißnaht als verlässlichen Beleg der Qualität.
Beispielhaft für das Qualitätsdenken und die Qualitätssicherung im Haus steht ein Auftrag aus dem Jahr 2005. Ein großer Kondensatabscheider für einen Anwender aus der chemischen Industrie war zu fertigen. Dafür mussten 5 000 Rohre in Rohrböden eingeschweißt werden. Das bedeutete über 20 000 Schweißungen an Duplex-Stahl. Während der 4-monatigen Bauzeit wurde kein Augenblick von den bewährten Arbeitsabläufen abgewichen – kein noch so kleines Detail aus den Augen verloren. "Jeder Morgen begann mit Probeschweißungen", resümiert Darmstädter, "über einen solch langen Fertigungszeitraum kann es in der Fertigungshalle sehr heiß werden, die Temperatur kann aber auch stark sinken. Zudem ist es auch denkbar, dass die Netzspannung des Werkes Schwankungen unterliegt. Gefügeaufnahmen der täglichen angefertigten Probestücke belegten letztlich die perfekte Durchschweißung."
Eine ähnlicher Auftrag, bei dem 2 000 Rohre in Böden eines Gärbehälters einzuschweißen waren, verdeutlicht, mit welchen Produktivitätssprüngen der Anwender beim automatisierten Orbitalschweißen kalkulieren kann: Bedient ein Schweißer bei solchen Aufgaben mehrere Orbital-Schweißköpfe parallel, reduziert sich die Fertigungszeit auf einen Bruchteil (Abb. 7).
Auch den Pipelinebau beherrscht man in der Unternehmensgruppe perfekt. Standfestigkeit und Stabilität der Pipelines werden entscheidend durch die Rohrwerkstoffe und die Schweißnähte beeinflusst. Ob beim manuellen Schweißen oder beim mechanisierten Fügen – nur zertifizierte Schweißer kommen bei Schrader zum Zug. Das Unternehmen ist im Besitz in- und ausländischer Zulassungen: es werden Druckbehälter gefertigt, die deutschen (AD-Verordnung), österreichischen (Ö-Norm) oder niederländischen (Stoomwezen) Regelwerken entsprechen, selbst chinesische oder russische Normen werden bei Bedarf erfüllt. Die Firma ist zudem nach EN/ISO 9001 zertifiziert, sie konstruiert und fertigt entsprechend den Vorgaben des American Standard of Mechanical Engineers (ASME VIII Division 1).
Referenzen von Schrader: Orica, Kvaerner, BASF, Bayer, Boehringer, Degussa, GEA, Sappi, Henkel, MAN, Nestle, BMS, Roche, Schering, Siemens, Dupont, BMW, Audi, Daimler-Crysler, LTS-Corp., Galena.
Zusatzinformationen: Schweißtechnische Anwendungen bei Schrader
Das Schweißen ist in der Schrader Unternehmensgruppe die bevorzugte Technik zur Herstellung unlösbarer Verbindungen mit folgenden Verfahren:
WIG Orbitalschweißen WIG Schweißen (141)
Lichtbogenschweißen (111)
Unterpulverschweißen (12)
MIG-Schweißen (131) (MIG)
MAG-Schweißen (135) (MAG)
Fülldrahtschweißen (136)
Punktschweißen (21)
Der "Fuhrpark" der Orbitalschweißanlagen umfasst:
– POLYSOUDE Schweißstromquellen des Typs PS 4 und PS 6
– POLYSOUDE Rohr-Rohrboden Schweißköpfe TS
– POLYSOUDE geschlossene Schweißzangen MW für Rohr-Rohr-Verbindungen
– POLYSOUDE offene Schweißköpfe MW für Rohr-Rohr-Verbindungen
