5. Teilefertigung (parts manufacturing)

Question 1

Einordnung der Teilefertigung in den stahlbaulichen Fertigungsablauf einer Werft

Answer 1

Einordnung der Teilefertigung in den stahlbaulichen Fertigungsablauf einer Werft

Teilefertigung sind für Platten und Profilen

Sie sind 4 Schritte
Plattenzuschnitt, Plattenumformen
Profilzuschnitt, Profilumformen
ver grafico

Question 2

Materialbereitstellung

Answer 2

Materialbereitstellung:

• Auslieferung der Schiffbaumaterialien Vorkonfektionierte Platten in 0,5mm Schritten
• Abmessungen abhängig von Transportmöglichkeiten (in Deutschland - 12 oder 16m lange)
• Verwendung von Hollandprofilen nach EN 10067
• Alle Materialien sind vorkonserviert (geprimert) (gegen Korrosion)
• Sortierung nach Chargen

Question 3

Zuschnitt

Answer 3

Zuschnitt:

• Fertigung der Konturen von Einzelteile aus dem Plattenmaterial/Blech durch einen Trennprozess/Schneidverfahren
• Benutzung von numerischen Brennschneidmaschinen (thermisch Trennverfahren, autogene Brennschneiden und Plasmaschmelzschneiden)
• Eine besondere Art des Zuschnitts ist die Schweißnahtvorbereitung (z.B. Kanten fräsen: Maßhaltig; frei von Primer Material)

Question 4

Fertigungsschritt Plattenzuschnitt

apunte clase

Answer 4

Plasma unter Wasser, bietet Vorteile:

1. Die Gerauschung division belastung
2. Nur Tropfen, mikroskopen Kugel. Die aerosol bleibt ins Wasser. Es is Gesund. Es gehts nicht in der Luft.

Question 5

Plattenzuschnitt - Fertigungsschritt

Answer 5

Plattenzuschnitt:

• Zuschnitt der Bauteile nach Belegungsplan
• Markieren, Schweißnahtvorbereitung:
• Die Bauteilen muss markieren um notwendig Bauteil zu notieren. (z.B. Markieren der Aufsatz-linie auf einem Panel mit CNC-gesteuerten Tintenstrahlmarker)
• Diese Anlagen sind i. d. R. mit der Brennschneidmaschine verknüpft.
• Mechanische Kantenvorbereitung für das Stumpfnahtschweißen (soldadura a tope) der Außenhautplatten:

Vorteil Kantenvorbereitung für das Stumpfnahtschweißen vs. Kantenvorbereitung mit Brennschneidköpfen

• hohe Genauigkeit und
• der fehlende thermische Verzug/Verformung der Platten
• Die Mehrkosten für dieses Verfahren werden in besonderen Fällen durch die genannten Vorteile aufgewogen

Question 6

Profilzuschnitt - Fertigungsschritt

• Zuschneiden der Basisteile (Gurt und Steg) aus Standardplatten
• Vorbereitung der Kanten (Schleifen ggf. Fräsen)
• Kehlnahtschweißen
• Nahtsäubern (ggf. Strahlen)

Answer 6

Profilzuschnitt:
• Profile werden z.B. zu einem Profilschneidroboter zugeführt
• Offline per Direktprogrammierung oder online aus dem Datenbasis der Werft
• Teilweise Nahtvorbereitung am Profilstoß (costura en la junta del perfil)
• Automatischer Profilzuschnitt:
- Profil-zuführung/versorgung,
- schneidzelle mit Schweissroboter,
- Profil Sortierung

• Verwendete Profile: Flachwulst, Winkel; Doppel T-Träger, U-Profile, Flacheisen (cordon plano, angulo, doble vigas en T, perfiles en U, barras planas)

• Zuschneiden der Basisteile (Gurt und Steg) aus Standardplatten
• Vorbereitung der Kanten (Schleifen)
• Verschweißen
• Nahtsäubern (Strahlen)

Question 7

Profilzuschnitt - Fertigungsschritt

Fertigungslinie für Profile Hersteller PEMA:

Answer 7

Profilfertigung - Arbeitsschritte:
• Zuschneiden der Basisteile (Gurt und Steg) aus Standardplatten
• Vorbereitung der Kanten (Schleifen ggf. Fräsen)
• Kehlnahtschweißen
• Nahtsäubern (ggf. Strahlen)

Fertigungslinie für Profile Hersteller PEMA:

• Profilzuschnitt in Roboterstation
• Kanten brechen, Kanten strahlen mit Stahlkies

Fertigungszelle Kantenbrechen (componentes de la celula):

• Transporteinrichtung
• Strahlstation
• Schleifstation (grinding = molienda)

Periphere Systeme zur Fertigungslinie für Profile Hersteller PEMA:
Außer dem Kanten brechen und dem Profilzuschnitt kann die Anlage ergänzt werden durch: (el sistema puede complementarse con:)
• ein Zwischenlager/Puffer, Ink-Jet zum Beschriften und Anzeichnen der inversen Linie bei der Profilzuführung (un almacenamiento intermedio / buffer)
• Eine Profilsortierung nach Codierung oder Längenmessung auf der Ausgabeseite
• Die mechanische Längenmessung ist eine sehr wichtige Komponente in der Fertigungslinie für Profile

Question 8

Profilzuschnitt - Fertigungsschritt

Fertigungslinie für Profile Hersteller TTS:

Answer 8

Profilzuschnitt:
Fertigungslinie für Profile I Hersteller TTS
1: Operator Station und Programmierung der Makros
2: Profile ablegen und zuführen

3: Profile positionieren und klammern (sujetar)
4: Profile antasten
5: Mit Roboter zuschneiden
6: Profilmarkierung

Question 9

Schneidverfahren in einer Werft:

Übersicht der gebräuchlichen Schneidverfahren
Flussdiagram

Answer 9

Übersicht der gebräuchlichen Schneidverfahren in einer Werft:

Schneiden -> Mechanische Werkzeuge, Gasstrahl, Flüssigkeitsstrahl

Gasstrahl -> Thermisches Schneiden

Thermisches Schneiden -> Laserschneiden (Gesamte Energie wird von außen zugeführt); =suministrar

Thermisches Schneiden -> Plasmaschneiden (Gesamte Energie wird von außen zugeführt)

Thermisches Schneiden -> Brennschneiden (Energie wird durch den Prozess frei)

Question 10

Schneidverfahren in einer Werft

Technologischer Vergleich der verschiedenen Trennverfahren:

1. Genauigkeiten in Abhängigkeit von der Plattendicke
2. Schnittgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Plattendicke

(graficos)

Answer 10

Technologischer Vergleich der verschiedenen Trennverfahren:

1. Genauigkeiten in Abhängigkeit von der Plattendicke
   Axis X: Zunehmende Genauigkeit (0,1 - 1,8 - >=2,5)
   Axis Y: Zunehmende Plattendicke (mm) (1 - 20 - 150 - 300)

Laser: x = 0,1 alrededor; y = 0 bis 20
Plasma: x = 0,1 bis 2,0; y = 1 bis ca. 140
Autogen: x = 1.8 bis mehr als 2.5; y = 20 bis 300
ver grafico

2. Schnittgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Plattendicke
   Axis X: Plattendicke (mm) ( 6 - 10 - 25 - 38 -50)
   Axis Y: Schnittgeschwindigkeit (mm/min) (500 - 1000 - 3000 - 4500)
   ver grafico

Plasma: xi = 6 desde 50; y= 4500
Laser: xi = 6 desde 25; y = 3000 (unir)
Autogen: xi = 6 desde > 50; y = ca. 1000
extrem langsam aber nicht so sensibel auf unterschiedliche Blechdicke reagiert.

Question 11

Schneidverfahren in einer Werft

Autogenes Brennschneiden
Verfahrensprinzip:
Leistungsdaten:

(ver el grafico del diseño)

Answer 11

Verfahrensprinzip:

• Brenngas-Sauerstoff-Flamme entzündet das Werkstück auf Entzündungstemperatur
• Dann: Sauerstoffstrahl wird auf die erhitzte Bereich gerichtet
• Werkstoff reagiert mit dem Sauerstoff (oxigeno)
• Strahl bläst (ausstoßen) Oxide aus der Fuge

Leistungsdaten:

Blechdicke 14-30mm, v=0,3 -0,8m/min, Plattenkantenparallelität 0,8mm/16m

Grafico:
Brenngass-Sauerstoff gemisch
Schneidsauerstoff
Schneiddüsse
Schneidsauerstoffstrahl
Heizflamme
Schlackenstrahl Fe, FeO, Fe2O3
Vorschubrichtung
Oxidschicht
antikristalisierte Schmelzschicht
Schnittfuge 2mm

Question 12

Schneidverfahren in einer Werft

Autogenes Brennschneiden
Vor-und Nachteile:

Answer 12

Autogenes Brennschneiden:
Vorteile:
• Schneidet Stahl bis 500 mm Dicke
• Ökonomischer Benutzung mehrerer Brenner
• Verschleißteilkosten ist gering (Abnutzung)
• Allgemein geringere Investkosten

Nachteile:
• Schlechte Schnitte unter 5 mm
• Kein Schneiden von Blechpaketen
• Hoher Wärmeeintrag, große wärme-beeinflusste Zone
• Geringe Maßgenauigkeit bei Wiederholschnitten wegen Wärmeeinfluss

Question 13

Schneidverfahren in einer Werft

Plasmaschneiden:
Verfahrensprinzip

(grafico)

Answer 13

Verfahrensprinzip:

• Bearbeitung aller elektrisch leitender Werkstoffe möglich (Stähle, Nickel, Kupfer, Messing, Bronze, Aluminium und deren Legierungen)
• Schmelzprozess (↔ autogenes Brennschneiden)
• Starke Konzentration des Lichtbogens durch die einschnürende Wirkung der Schneiddüse (constricción de la boquilla de corte)
• Durch den Lichtbogen wird das Material in der Schnittfuge aufgeschmolzen und durch das Plasmagas ausgestoßen (el arco derrite el material en el corte y lo expulsa a través del gas de plasma)

—-Temperatur 10.000 - 15.000 Kelvin

Grafico:
Elektrode (Kathode -)
Plasmagas
Plasmaschneiddüsse
Wasserkühlung
Plasmastrahl
Werkstück (Anode +) => Stromquelle
Schmelze
Vorschubrichtung
Oxidschicht
Schnittfuge: Oben 6mm, unten 3mm

Question 14

Schneidverfahren in einer Werft

Plasmaschneiden:
Varianten des Plasmaschneidens

(grafico)

Answer 14

Varianten des Plasmaschneidens

• Mit Wasservorhang/ Luft-Wasser-Dusche oder Wasserschutzglocke (cortina de agua/…campana)
• Über einem Wasserschwall/strahl (chorro)
• Im Wasser mit Wasserinjektionsbrenner
• Im Wasser mit Sekundärgasbrenner

Question 15

Schneidverfahren in einer Werft

Plasmaschneiden:
Arten des Unterwasserplasmaschneiden:

Unterwasser Plasmaschneiden:
Vorteilhaft:
- geringe Wärmeverzug der Bauteile
- schmal Wärmeeinflusszone
- oxidfreie Schnittflächen
- Lärm-, Strahlungs- und Staubbelastungen sowie Materialverzug verringert.
Nachteile:
- einen höheren Energieeinsatz als beim Trocken-Plasmaschneiden.
- Schnittflächen sind ritzer/harter als beim Trockenschnitt.
Trockenplasmaschneiden: glattere Schnittflächen

Answer 15

• Schneiden über Wasser mit Trockenplasma 2cm
• Schneiden über Wasser mit Trockenplasma und Wasserinjektion 2cm
• Schneiden auf dem Wasser mit Trockenplasma und Wasserglocke
• Schneiden unter Wasser mit Trockenplasma und Wasserinjektion 6cm

Question 16

Schneidverfahren in einer Werft

Plasma: Vor- und Nachteile

Answer 16

Plasma:
Vorteile:
• Hohe Schneidgeschwindigkeit, 8 bis 10mal größer als bei Autogen
• Schneidet jedes Metall
• Große Maßgenauigkeit bei Wiederholschnitten, geringe wärmebeeinflusste Zone

Nachteile:
• Begrenzt bis 180 mm (Baustahl 80 mm)
• Schnittwinkel 1°-5° in Abhängigkeit von der Blechdicke
• Hohe Abnutztkosten bei gas gekühlten Plasmabrennern

Question 17

Schneidverfahren in einer Werft

Laserschneiden:
Verfahrensmerkmale

Answer 17

Laser Verfahrensmerkmale:
• Thermische Trennverfahren mit der geringsten thermischen Belastung der Werkstücke
• Durch einen Gasstrom wird das aufgeschmolzene bzw. verdampfte Material aus dem Schnittfuge entfernt
• Hohe Schnittgeschwindigkeiten bei geringen Blechdicken erreichen
• Hoher Konturgenauigkeit für Komplexe Formen

Grafico:
Linse
Schneidsauerstoff
Schneiddüsse
Schneidsauerstoffstrahl
Fokus Laserstrahl
Schlackenstrahl Fe, FeO, Fe2O3
Vorschubrichtung
Werkstück
Oxidschicht
antikristalisierte Schmelzschicht
Schnittfuge 0,15 - 0,20mm

Question 18

Schneidverfahren in einer Werft

Laserschneiden:
Vor- und Nachteile

Answer 18

Laserschneiden:
Vorteile:
• Absolut liniengetreue Schnitte = präzise Linienschnitte
• Schnell unter 3 mm
• Kein Verzug/Verspätung = hohe Schneidgeschwindigkeit

Nachteile:
• Begrenzter Blech Dickenbereich
• Langsam über 10 mm
• Hohe Invest- und Unterhaltungskosten

Laser kann in Schiffbaueinsatz

Question 19

Plattenumformen

Einordnung der Teilefertigung in den stahlbaulichen Fertigungsablauf einer Werft

Answer 19

Plattenumformen
see graphic von Klasse A, B, C

A:

• Schwache Verformung, keine Verwindung
• Schwache Verformung, Schwache Verwindung

B:

• Doppelte Krümmung, mittlere Verwindung
• Umgekehrte Doppelte Krümmung, mittlere Verwindung

C:

• Große Doppelte Krümmung
• Große umgekehrte Doppelte Krümmung
• • Starke Verwindung

A/L, B/W, Verwindung:
A: 0 - <0,02 grads, 0 - <0,08 grads, <10 grads
B: 0,02 - <0,04 grads, 0,08 - <0,16 grads, 10 - <30 grads
C: >0,04 grads, >0,16 grads, 0 - <30 grads
C*: Alle darüber liegenden, >30 grads

Umformverhalten:
A:
- Walzrunden und freies Runden
- Walzrunden und freies Runden, dann Line Heating oder nur Line Heating
B: - Walzrunden und freies Runden
Alternative Produktionsmöglichkeiten: Überführung in Klasse A durch neue Aufteilung.
C:
- Walzrunden und freies Runden, speziellen Schablonen erforderlich.
Alternative Produktionsmöglichkeiten: Aufteilen in kleinere Platten der Klasse A
*- Nur Line Heating
Alternative Produktionsmöglichkeiten: Aufteilen in 2 Platten

Question 20

Plattenumformen

Wirkungsprinzip Abkanten (einachsiges Umformen)
umformung = plastische Zustand

(grafico)

Answer 20

Abkanten (einachsiges Umformen) = plegado (formacion uniaxial)
Wirkungsprinzip Abkanten (principio del plegado)
• Ausgangszustand: F=0, r, alpha, h
• Freies Biegen (flexion libre): F
• Auspressen der Gesenkform (Kalibrieren): Fmax, 2 alpha
• Entlasteter Zustand: F=0

Question 21

Plattenumformen

Wirkungsprinzip Biegewalzen (einachsiges Umformen)
Dreiwalzenbiegeanlagen

(grafico)

Answer 21

Wirkungsprinzip der Dreiwalzenbiegeanlage

• Einspannung die Blech durch Verstellung (ajustando) der Walze I
• Anbiegen die Blech durch Verstellen der Walze II
• Blechronde vorrunden (analoge Operationen an gegenüberliegender Plattenkante)
• Fertigrunden des Zylinders nach Verstellen beider Unterwalzen

Ver gráficos:
Belastungsbereich
Entlastungsbereich
Ma - K
Mf - Kf
Mbmax - Kbmax
- Ke

Question 22

Plattenumformen

Wirkungsprinzip Biegepressen (zweiachsiges Umformen)

(grafico)

Answer 22

Biegepressen (zweiachsiges Umformen)

Standardwerkzeuge zum Biegepressen:

a) Balliges Werkzeug zum zweiachsigen Urformen
b) Längliches Werkzeug zum Runden von Blechen
c) Abkantwerkzeug

Aufbau Zweiständerpresse (zweiachsiges Umformen):
- Oberbalken

• Pressstempel

• Obertisch

• Oberwerkzeug 
• Unterwerkzeug 
• Pressentisch

• Unterbalken

• Ständer

Question 23

Plattenumformen

Formkontrolle

Answer 23

Plattenumformen - Formkontrolle durch:
- Anlegen der Schablone auf die verformte Platte

Alternative Messverfahren zur Formkontrolle:

• Photogrammetrie (mechanisiertes offline –System)
• Digital-Photogrammetrie (online System)
• Optisches Bildmesssystem (Musterprojektion+Bildauswertung)
• 3D-Lasertracker
• 2D-Laserscanner am Messportal
• 3D-Laserscanner

Question 24

Plattenumformen

Wirkprinzip des Line-Heatings:

Anwendung:

(grafico)

Answer 24

Wirkprinzip des Line-Heatings:

• Auftragen von Wärmespuren auf der Platte
• Das erwärmte Material, mit der kalten Umgebung, sich ausdehnt und führt zu thermischen Spannungen
• Das erwärmte Material kann sich nur nach oben ausdehnen
• Beim Abkühlen: das warme Material zieht das umgebende kalte Material und verformt die Platte in einem Winkel θ
• Die Platte wird so verformt. Die Wärmespuren bleiben auf der Oberfläche

Grafico:
Line heatings
Thermal stress
Swelling
Cooling - Winkel θ 
Knuckle

Anwendung:
Das Line-Heating als Umformverfahren findet heute vor allem im asiatischen Schiffbau Anwendung.

Gründe sind:

• die geringen Investitionskosten,
• die Schnelligkeit des Verfahrens,
• die höhere Flexibilität
• die höhere Genauigkeit gegenüber der Kaltverformung.

Problematisch sind:
- die resultierenden strukturelle Veränderungen
- inneren Spannungen in dem Bauteil
(los cambios estructurales resultantes y las tensiones internas en el componente son problemáticos.)

Question 25

Profilumformung Wirkprinzip (schematisch): Belastungsverlauf (grafico)

Answer 25

Wirkprinzip (schematisch) der Profilumformung: - Inverse Linie: Roboter zeichnen das Inverse Linie auf das Bauteil - Profil wird so lange umgeformt, bis der Arbeiter erkennt, das die vorher ausgezeichnete ("krümme") Linie gerade geworden ist ``` grafico: Umformstempel Auflager (auslaufseitig) Auflager (einlaufseitig) Vorschub im Schritten ``` ``` Belastungsverlauf (Kräfte und Momentenverlauf): F La (todo largo), Lpl (centro) M(x): Mf K(x): nach-. unter Belastung W(x): f, fR ```

Question 26

Profilumformung | Formkontrolle Flussdiagram

Answer 26

Formkontrolle durch: - Prüfung der Geradheit der Inversen Linie - Anlegen der Schablone

Question 27

Welches Ziel verfolgt mit dem Einsatz einer sogenannten Nesting-Software im Stahl- 
plattenzuschnitt der Stahlkörperfertigung?

Answer 27

Nesting-Software - Ziel: - automatische Markierung der Schnittlinien - Optimierung die Anordnung der zu schneidenden Teile - um einen möglichst geringen Abfälle zu erhalten - Sparung Rohmaterial und Bearbeitungszeit und Reduzierung den Verschleiß. =desgaste