01.08.2023
Anwenderbericht
Automatisiertes Schweißen in der Einzel- und Serienfertigung: Gleichbleibend hohe und reproduzierbare Qualität
Das Familienunternehmen Knoll Maschinenbau GmbH setzt zur Unterstützung seiner Fachkräfte in der Schweißtechnik auf den „Cobot WeldSpace 4.0 Table 24/12“ von Demmeler. Der kollaborierende Roboter entlastet Personal bei seinen Aufgaben und liefert Schweißergebnisse in gleichbleibend hoher und reproduzierbarer Qualität. Der Mehr-Stationen-Betrieb mit bis zu drei Arbeitsplätzen ermöglicht hohe Produktivität. Während der Roboter schweißt, kann der Bediener rüsten und umspannen.
Wer bei dem Bad Saulgauer Unternehmen Knoll Maschinenbau mit weltweit über 1.200 Mitarbeitern einen Blick in die Fertigung wirft, darf beeindruckt sein: Fahrerlose Transportsysteme bringen automatisiert fertige Bauteile ins Großlagersystem; alle Arbeitsplätze sind standardisiert und prozessorientiert eingerichtet; die Laufwege zwischen den Stationen wurden optimiert; Anzeigesysteme melden, sobald an einem Arbeitsplatz weitere Teile benötigt werden. „Bereits 2006 haben wir begonnen, unsere Arbeitsplätze nach den Lean-Prinzipien einzurichten. Klassisch zuerst nach dem ‚5S-Prinzip‘: Die Schweißarbeitsplätze sind bis auf das produktspezifische Werkzeug alle identisch. Jeder Mitarbeiter kann den Arbeitsplatz wechseln und findet sich sofort zurecht. Über die Jahre kamen dann weitere Methoden wie ‚ConWIP‘ als Fertigungssteuerungsverfahren und ‚Andon-Boards‘ als visuelle Kontrolleinrichtung hinzu“, erklärt Joachim Riebsamen, Abteilungsleiter Rohbau bei Knoll.
Knoll ist führender Anbieter von Förderanlagen, Filteranlagen und Pumpen für die Metallbearbeitung. Sie transportieren und trennen Späne und Kühlschmierstoffe. Der Geschäftsbereich Automatisierung beschäftigt sich mit Lösungen für anspruchsvolle Montage- und Logistikaufgaben. „Mit unseren Produkten helfen wir unseren Kunden, Ressourcen zu sparen, indem Nutzungszeiten von Werkzeugen und Kühlschmierstoffen verlängert werden“, so Riebsamen. „Mit dem Bereich Automatisierung beschreiten wir die letzten Jahre ein neues Geschäftsfeld. Wir entwickeln Einrichtungen zur Automatisierung von Montage- und Logistikprozessen.“
Robotertechnik macht Beruf des Schweißers attraktiver
Auch in der eigenen Fertigung sahen Riebsamen und Holger Kleck, Meister der Schweißerei bei Knoll, noch Potenzial für die Automatisierung bestimmter manueller Schweißarbeitsplätze. Die Lösung sollte einfach zu programmieren und auch bei kleinen Losgrößen rentabel sein. Dabei spielte auch der Mangel an Schweißfachkräften eine gewisse Rolle. „Die Robotertechnik macht den Beruf des Schweißers deutlich attraktiver. Vor allem junge Nachwuchskräfte lassen sich damit wieder mehr für Schweißarbeiten begeistern“, so Kleck. Da kam der kollaborierende Schweißroboter des langjährigen Partners Demmeler genau richtig. Die Schweißzelle „Cobot Weld- Space 4.0 Table 24/12“ ist eine vielseitige Automatisierungslösung: Egal ob Schweißen im Aluminium-Dünnblechbereich oder Schweißen im Stahlbau – sie wird am gewünschten Platz aufgestellt und kann bereits nach wenigen Stunden in Betrieb genommen werden. So konnte Kleck die „Cobot“-Anlage schnell in die bestehende Fertigungsabläufe integrieren.
Schweißnähte in gleichbleibend hoher und reproduzierbarer Qualität
Das Ergebnis sind Schweißnähte in gleichbleibend hoher und reproduzierbarer Qualität. Neben den präzisen Brennerbewegungen ist dafür die Schweißausrüstung verantwortlich. Demmeler kooperiert mit der Firma Fronius und bietet verschiedene Fronius-Schweißsysteme mit Integration in die Demmeler-„WeldSpace 4.0“-Software an. Knoll entschied sich für die Schweißstromquelle „TPS400i CMT“. Die Vorteile des „CMT“-Schweißens, dem sogenannten „kalten Schweißprozess“, liegen in dem spritzfreien Schweißergebnis, der stabilen Lichtbogenregelung, der hohen Wirtschaftlichkeit, die durch die hohen Schweißgeschwindigkeiten entsteht, und dem geringen Schweißverzug. In Kombination mit der benutzerfreundlichen Programmiersoftware gelingt so der erfolgreiche Einstieg in eine automatisierte Schweißproduktion.
„Die Bedienung der Demmeler-Cobot WeldSpace 4.0 Table 24/12‘ ist wirklich unkompliziert. Unser Schweißer hatte vorher keine Programmierkenntnisse, konnte aber bereits nach einem Schulungstag seine ersten Schweißnähte problemlos programmieren“, so Kleck.
Denn beim sogenannten „Teachen“ wird der Brenner am Roboterarm manuell an die entsprechenden Stellen bewegt, an denen geschweißt werden soll. Per Tastendruck am Griff werden Start- und Endpunkt sowie Zwischenwegpunkte gespeichert.
Dabei ist die Programmierung mit Hilfe der „Cobot Weld- Space 4.0“-Software leicht und intuitiv: Der Schweißer hat mit nur einem Bedienfeld vollen Zugriff auf alle relevanten Funktionen der Schweißanlage und kann Parameter in der Robotersteuerung anwählen, einstellen und speichern. Ohne viele Klicks lassen sich bereits in wenigen Minuten professionelle Schweißabläufe erstellen. Für die Auswahl der Schweißparameter stehen mehr als 100 von Demmeler vordefinierte und optimierte Schweißjobs aus einer geschützten Job-Bibliothek zur Verfügung, abgestimmt auf Werkstoff, Stromquelle, Schweißprozess und Brenner. Sowohl lineare als auch zirkulare Schweißnähte kann der Bediener so auch als „Pendelnähte“ programmieren. Nahtlänge und Nahtabstand lassen sich dabei individuell definieren. Vor dem eigentlichen Schweißen kann nun der Schweißvorgang simuliert werden. Dabei fährt der Roboterarm die programmierte Schweißnaht ab, und der Bediener kann bei Bedarf den Pfad noch korrigieren.
„Das Ergebnis ist fast wie beim Laserschweißen absolut gleichmäßig, nur flexibler“, unterstreicht Kleck. Früher wurden diese Teile, hauptsächlich Behälter, Leisten und Gestelle, manuell geschweißt, teilweise mit Hilfskonstruktionen. „Mit der ‚Cobot WeldSpace 4.0 Table 24/12‘ sind wir fast doppelt so schnell.“
Automatisiertes Schweißen im Pendelbetrieb
Neben dem intuitiven Programmier- und Bedienkonzept überzeugt die Schweißzelle durch ihren Aufbau. Die Anlage ist von allen Seiten zugänglich und lässt sich auch per Kran beladen. Die Umhausung verfährt automatisch von Arbeitsraum „Space A“ auf „Space B“ und umgekehrt, je nachdem auf welchem Arbeitsplatz geschweißt wird. Dadurch ist das Arbeiten im Pendelbetrieb möglich. Geschützt durch herunterfahrbare Rolltore mit Aluminiumpanzer und Sichtelementen aus Schweißer-Schutzglas kann der Bediener auf der einen Seite die gleichen Werkstücke rüsten oder auf neue Schweißaufgaben umspannen, während der Roboter auf der anderen Seite schweißt. Die weitere Unterteilung des Arbeitsraums „Space A“ in „A1“ und „A2“ durch eine Trennwand schafft noch einen weiteren Arbeitsplatz und ermöglicht das Arbeiten im Drei-Stationen-Betrieb.
Für das Einlegen der Bauteile und das Starten der programmierten Schweißvorgänge können auch Anlernkräfte zum Einsatz kommen. Dadurch sind hochqualifizierte Schweißfachkräfte frei für anspruchsvollere Tätigkeiten. Gerade beim manuellen Schweißen klassischer Blechbauteile kann die neue Technologie, das Schweißen mit kollaborierenden Robotern, wertvolle Fachkräfte von ermüdenden Routine- und Wiederholtätigkeiten entlasten. Auch die körperliche Belastung der Mitarbeiter wird reduziert: Schweißen ist eine anspruchsvolle Arbeit. Schweißer sind oft gezwungen, in Zwangsposition zu arbeiten, denn die Schweißnähte liegen häufig an schwer zugänglichen Stellen. Der integrierte Zwei-Achsen-Manipulator positioniert Werkstücke bis 500 kg in optimaler Wannenposition, das zeitaufwendige Umspannen von Werkstücken entfällt.
Rentabel ab Losgröße 1
Die einfache Programmierung und die hohe Flexibilität der Anlage ermöglichen es, Werkstücke in kurzer Zeit automatisiert zu schweißen. Auf diese Weise werden nicht nur Serien, sondern auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich produziert. „Unser Tagesgeschäft ist die Losgröße 1“, weiß Riebsamen. Durch die hohe Wirtschaftlichkeit, die schnelle Inbetriebnahme und die kompakte Bauweise ist das „Cobot“-Schweißen wie gemacht für kleinere und mittelständische Unternehmen.
Weitere Projekte in Planung
Die langjährige Partnerschaft zwischen Knoll und Demmeler begann bereits im Jahr 2001. „Angefangen hat alles mit der Ausstattung einiger Schweißarbeitsplätze mit den Demmeler-3D-Schweißtischen sowie der gemeinsamen Entwicklung von Vorrichtungen. Teilweise sind diese noch heute bei uns im Einsatz“, erklärt Riebsamen. Bei der Einführung des Lean-Konzepts war die Modularität des 3D-Schweißtischsystems ein großer Vorteil. „Wir benötigen zum genauen Fixieren der Bauteile deutlich weniger Werkzeug wie Schablonen und Messlehren. Wir orientieren uns einfach am Lochraster der Schweißtische. Auch bei unseren Roboteranlagen können wir so größtenteils auf Vorrichtungen verzichten“, betont Kleck. Das 3D-Schweißtisch- und Spannsystem lässt sich problemlos integrieren und erweitern. Durch das multifunktionale Werkzeug wird deutlich weniger Ausrüstung benötigt, um Werkstücke aufzuspannen. Das spart nicht nur Investitionskosten, sondern auch Kapazität bei der Lagerung.
Weitere Projekte mit dem Familienunternehmen aus dem Unterallgäu sind schon in Planung. „Als nächstes werden wir die Varianten ‚Cobot WeldSpace 4.0 House 40/20‘ und ‚Rail 40/x‘ mit unseren größeren Bauteilen testen“, so Riebsamen. Die Weiterentwicklungen der „Cobot WeldSpace 4.0“ ermöglichen hochproduktives Schweißen mit bis zu zwei Robotern gleichzeitig. Der Arbeitsbereich der „House 40/20“ hat eine Größe von 4000 mm × 2000 mm × 2000 mm, die „Rail 40/X“ ist in der Länge beliebig erweiterbar, denn sowohl die Umhausung als auch die Bauteile lassen sich auf dem Demmeler-Fundamentschienensystem beliebig verfahren.
(Quelle: DEMMELER Maschinenbau GmbH & Co, KG)
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