Aus Metallrohren gefertigte Strukturen und Rahmen haben sich seit langer Zeit in allen Industriebranchen verbreitet. Ihre Verbreitung und Komplexität ging Hand in Hand mit der Verfügbarkeit von Verfahren und Technologien, die in der Lage sind, sie so zu entwerfen und herzustellen, dass sie nicht nur funktional, sondern kosteneffizient sind.
Leichtigkeit, Robustheit, ästhetische Qualität und große Verfügbarkeit von Formen und Abmessungen haben Generationen von Projektingenieuren und Designern in den unterschiedlichsten Branchen inspiriert. Einrichtung, Mechanik, Automobilindustrie, Hydraulik, um nur einige zu nennen, ohne dabei den Bausektor zu vergessen, der in der letzten Zeit das stärkste Wachstum erlebt hat.
Auf diese Weise sind einige Gegenstände entstanden, die wir heute in den Museen der modernen Kunst (c) bewundern können, andere haben die Fortbewegung (b) geändert, und weitere haben unsere Lebensqualität verbessert (a).
a) Gebogene und lasergeschnittene Rohre an Fitnessgeräten, b) Rohrrahmen am Elektrofahrzeug, c) Design-Stuhl aus Stahlrohren.
Traditioneller ansatz für die erstellung eines rahmens
Um jede dieser Anwendungen nach der traditionellen Vorgehensweise zu realisieren, werden, ausgehend vom Projekt, an jedem rohrförmigen Bauteil die notwendigen mechanischen Bearbeitungen durchgeführt: Zuschneiden, Bohren, Fräsen und Oberflächenbehandlungen.
Der nächste Schritt ist die Montage, d.h. die korrekte Positionierung aller Komponenten zueinander unter Einhaltung der Abstände und Winkel, so dass durch das Hinzufügen der entsprechenden Schweißnähte ein Gesamtergebnis erzielt wird, das den geometrischen Toleranzen des Projekts entspricht.
Gerade in dieser Phase können Schwierigkeiten und Zwischenfälle auftreten, die die Kosten und Zeiten der Ausführung des Produktes in die Höhe treiben.
Diese Schwierigkeiten sind den Projektingenieuren gut bekannt. Sie berücksichtigen beim Entwurf die Eigenschaften des Rohmaterials die Machbarkeitsgrenzen der gewählten Fertigungstechnologie, Kosten und Zeitaufwand für die Implementierung und die Qualität des Endergebnisses.
Dieses Bewusstsein steuert die Wahl des Designs und die Entscheidung für mehr oder weniger innovative Lösungen, je nach Kontext und zulässiger Risikomarge.
Bei Anwendungen mit hohem ästhetischem Anspruch, sind die geometrische Präzision der Montage an den Verbindungs- oder Stützpunkten zwischen den verschiedenen Teilen trotz der Verwendung von hochwertigen Rohren entscheidend.
Bei strukturellen Anwendungen, wo Rohre mit großen Abmessungen und großen Stärken verwendet werden, hängt die geometrische Genauigkeit der verschiedenen Teile von der Qualität des Ausgangsmaterials und den Bautoleranzen der verwendeten Profile ab (die normalerweise viel höher sind). Daher kann die mechanische Korrektur der Verbindungs- oder Auflagepunkte während der Installation erforderlich sein.
In beiden Fällen (und in all den Fällen, die zwischen diesen beiden Extremfällen liegen) sind für die erfolgreiche Umsetzung beachtliche Anstrengungen notwendig, um die entsprechenden Schweißvorrichtungen vorzubereiten und anzuwenden.
Jig for frame welding.
SchweißschabloneWelding jigs
Um einen sehr starken Rahmen zu montieren, ist es notwendig, ein Werkzeug herzustellen, das aus zahlreichen Befestigungspunkten und mechanischen Bindungen besteht. Dieser Vorgang erfordert vor der Ausführung der abschließenden Schweißung Erfahrung, Zeit und Genauigkeit, um die Positionierung und die korrekten Orientierungen für alle Teile zu garantieren.
Die Vorbereitung der Schweißschablonen ist umso teurer (am einzelnen Produkt), je niedriger die Anzahl der herzustellenden Exemplare ist, und setzt eine Setup-Zeit für jeden Rahmen voraus, der geschweißt werden muss.
Im Falle von Produkten, von denen nur ein Exemplar hergestellt werden muss (wie es bei großen Konstruktionen erfolgt), haben die Kosten der Montage- und Schweißphase eine große Auswirkung auf das gesamte Projekt. Erschwerend kommt in vielen Fällen die Notwendigkeit hinzu, die Größe der Stücke aufgrund der geringen Präzision der verwendeten Schneidetechnologien zu korrigieren, und die Notwendigkeit, die Schnittflächen aufgrund thermischer Veränderungen (durch den Schnitt), die ein sofortiges Schweißen verhindern, von Hand zu schleifen.
Kantenschliff eines mit thermischer Trennung bearbeiteten Rohres.
Das laserschneiden vereinfacht das design einer rohrförmigen struktur.
Das Szenario verbessert sich, wenn die Rohrkomponenten durch Laserschneiden hergestellt wurden. Es ist nämlich bekannt, dass auf einer Laserschneideanlage höhere Genauigkeiten erhalten werden können, und außerdem ist die Korrektur der geschnittenen Oberflächen nicht notwendig, weil die thermischen, durch den Laser verursachten Veränderungen minimal sind und nicht die sofortige Möglichkeit der Schweißung beeinträchtigen (im Gegensatz dazu, was mit anderen Wärmeschneidetechnologien erfolgt). Aber es ist noch ein weiterer großer Vorteil bei der Verwendung des Lasers vorhanden, der weniger intuitiv und noch wenig verbreitet ist.
Es handelt sich um die Möglichkeit, an den Rohren Verbindungselemente zu gestalten die keine weiteren Werkzeuge benötigen. Dadurch reduziert sich die Komplexität der Schweißschablonen, und die Aufgabe, Abstände und Winkel zwischen den Komponenten des Rahmens in der Montagephase aufzuerlegen, wird vereinfacht.
Der Trenn-Biegeschnitt zur Reduzierung der Anzahl der Komponenten eines Rahmens.
Die verbindungselemente
Verschiedenster Formen, durchgehende Steckverbindungen, Bajonett-Einspannungen und die sogenannte Trenn-Biegeschnitt sind einige der Lösungen, die der Laser automatisch an den Rohren erhalten kann, um die Position der Teile eines Rahmens festzulegen.
Die Anwendung dieser Konstruktionserleichterungen erfordert keine besonderen Kompetenzen, wenn spezifische Softwareinstrumente für die Konstruktion der Rahmen und für die Rohrbearbeitung verwendet werden. Artube (die spezifische CAD/CAM für Rohre, die den Kunden der BLM GROUP vorbehalten ist) bietet eine Bibliothek, die reich an schon gebrauchsfertigen Verbindungselementen ist. Mit Artube ist es auch möglich, autonom weitere Lösungen zu entwerfen, die das Ergebnis der eigenen Kreativität oder der besonderen Anforderungen der Anwendung sind. Die Bibliothek von Verbindungselementen wird zur natürlichen Ergänzung der vorhandenen Features zur Konstruktion Rahmen mit jeder Komplexität.
Kleine und große Projekte, die in Artube entworfen werden können, oder, wie es häufig vorkommt, die in anderen CAD-Umgebungen entwickelt und dann (durch bequeme Austauschformate) in Artube importiert werden, um dann mit den soeben beschriebenen weiteren Bearbeitungen beendet zu werden.
Garibaldi-Platz in Neapel, Dach aus RohrrahmenGaribaldi square in Naples, roof of tubular frames.
Schlussfolgerungen
Schließlich bietet die Projektentwicklung und die Ausführung von rohrförmigen Strukturen durch die Nutzung der Laserschneidetechnologie und die Hinzufügung der Vorteile der Einspannungen den Projektingenieuren mehr Freiheit bei der Projektentwicklung, die Möglichkeit, einfacher und schneller genaue Montagen mit einer anerkennenswerten Ersparnis der Ausführungskosten zu erhalten.