Roboteranlage zum Schweißen von Stützen

Qualität und Ergonomie im Fokus

Robotergestützte Schweißanlagen sorgen für kurze Durchlaufzeiten, eine hohe Produktivität sowie ein ergonomisches Arbeitsumfeld. Besonders effektiv wird das Ganze, wenn die Roboteranlage aus mehreren Prozessabschnitten besteht, die sich gegenseitig ergänzen. So arbeiten Roboter für das Bauteilehandling Hand in Hand mit modularen Schweißzellen, während Sensorsysteme Bauteiltoleranzen automatisch ausgleichen.

In der neuen Cloos-Roboteranlage bei BPW arbeiten Handlingsystem und Schweißtechnik Hand in Hand zusammen. (Bild: Carl Cloos GmbH)

Seit 1898 produziert BPW komplette Fahrwerksysteme für Lkw-Anhänger und -Auflieger. Darüber hinaus bietet das Unternehmen Verschließsysteme und Aufbautentechnik, Beleuchtungssysteme und Kunststofftechnologien sowie benutzerfreundliche Telematikanwendungen für Trucks und Trailer an. Durch die Automatisierung und Anpassung von Haupt- und Nebenprozessen will das Unternehmen kurze Durchlaufzeiten und eine hohe Produktivität erzielen. Außerdem soll das Arbeitsumfeld für die Mitarbeiter weiter verbessert werden. Deshalb hat BPW Anfang des Jahres eine ältere Cloos-Anlage aus 2002 zum Schweißen von Stützen durch eine neue Roboteranlage ersetzt. Sie besteht aus mehreren Teilbereichen, die sich gegenseitig ergänzen.

Handlingroboter bestücken und entladen Schweißzellen der neuen Anlage bei BPW vollautomatisch. (Bild: Carl Cloos GmbH)

Automatisiertes Bauteilehandling

Zunächst heften Mitarbeiter die Teile manuell an vier Arbeitsplätzen. Anschließend legen sie die vorgehefteten Stützen auf spezielle Werkstückträger, die über zwei parallele Förderbänder automatisch zur weiteren Verarbeitung gelangen. Jeder Werkstückträger ist mit einem RFID-Speicherbaustein versehen, auf den alle relevanten Informationen zum jeweiligen Bauteil geschrieben werden. Der nächste Anlagenbereich besteht aus zwei Handling-Robotern und sechs Schweißzellen, die beidseitig angeordnet sind. Zunächst nehmen die Roboter die Stützen, lesen den RFID-Code am Werkstückträger, legen die Bauteile in eine freie Schweißzelle ein und geben die Bauteilinformationen an die Schweißzelle weiter. Die Werkstückträger werden über das Fördersystem automatisch zurück zum Einlegebereich geleitet. Nach dem Schweißprozess entnimmt der Roboter die Stützen wieder und legt sie auf ein weiteres Förderband, das die Bauteile in den nächsten Anlagenbereich bringt. Die Handling-Roboter sind jeweils mit einem Doppelgreifer ausgestattet, sodass die Abholung und die Ablieferung der Bauteile fast gleichzeitig erfolgen.

Modular aufgebaute, kompakte Schweißzellen

Alle Schweißzellen sind gleich aufgebaut und verfügen jeweils über einen Zweistationen-Werkstückpositionierer mit horizontalem Wechsel sowie Dreh- und Schwenkbewegung. Jede Zelle ist mit dem kompakten Schweißroboter Qirox QRH-280 ausgestattet. Aufgrund seiner geringen Masse und kleinen Hebelarme erreicht der Roboter große Geschwindigkeiten und gleichzeitig eine hohe Positioniergenauigkeit. Jede Schweißzelle ist mit Fenstern ausgestattet, was die Instandhaltung vereinfacht. Darüber hinaus ermöglicht der modulare Aufbau auch in Zukunft schnelle Erweiterungen. So lassen sich bei Bedarf problemlos zwei weitere Schweißzellen integrieren sowie das Heften automatisieren.

Sensoren gleichen Bauteiltoleranzen aus

Jeder Schweißroboter verfügt über zwei Sensorsysteme, um mögliche Bauteiltoleranzen und Toleranzen zwischen den Schweißzellen auszugleichen. Über ein elektromechanisches Tastprinzip ermittelt der taktile Drahtsensor den Anfang und das Ende der Schweißnaht, sodass sich Abweichungen durch Werkstücktoleranzen korrigieren lassen. Während des Schweißens misst der Lichtbogensensor, ob die Brennerposition mit der programmierten Bahn übereinstimmt. Da Messen und Schweißen zeitgleich stattfinden, bleiben Zeitverluste gering. Gleichzeitig werden etwaige Werkstückverformungen direkt ausgeglichen.

Jede Schweißzelle ist mit einem Roboter vom Typ Qirox QRH-280 sowie einem Zweistationen-Werkstückpositionierer ausgestattet. (Bild: Carl Cloos GmbH)

Prüffeld mit Roboterportal

Nach dem Schweißprozess wird jedes Bauteil mit einem Data Matrix Code versehen, der Informationen zum Produkt- und Stützentyp sowie zur Klassifizierung enthält. Es folgt die Qualitätsprüfung durch einen Mitarbeiter. Wenn die Stütze die Anforderungen erfüllt, wird sie an die Entladestation weitergeleitet. Hier stapelt ein Roboter die Teile vollautomatisch in Gitterboxen ab. Dabei informiert der RFID-Code am Werkstückträger das Portal darüber, in welche Box das Bauteil gehört. So lassen sich unterschiedliche Bauteilvarianten für Weiterverarbeitung oder Versand verpacken.

Zentrale Datenverwaltung mit Software-Lösungen

Die Dokumentation der Schweißnähte, die Anpassung der Schweißparameter sowie die Erstellung und Verwaltung der Roboterprogramme erfolgen mit den Softwarelösungen Process Data Monitoring (PDM), Qineo Data Manager (QDM) und Carola Edi. So lässt sich die Herstellung jedes Bauteils und somit auch die Qualität umfangreich dokumentieren. Die zentrale Datenverwaltung ermöglicht eine lückenlose Rückverfolgbarkeit der Bauteile.

Höchste Anlagenverfügbarkeit und reduzierte Nebenzeiten

Das intelligente Zusammenspiel von Handling, Schweißtechnik und Software gewährleistet, dass die Anlage mehr als 70 Typenvarianten – auch mit unterschiedlichen Taktzeiten – rüstfrei verarbeiten kann. „Eine hohe Anlagenverfügbarkeit ist für uns unabdingbar, da die Anlage eine Schlüsselfunktion in unserer Fertigung einnimmt“, betont Ralf Kamphus, Leiter der Fertigung am BPW-Standort in Brüchermühle. Insgesamt schweißen die Roboter etwa 2.000 bis 2.500 Teile am Tag. Durch die angepasste Be- und die automatisierte Entladung ließen sich die Rüst- und Nebenzeiten verringern. Daneben wurden die Durchlaufzeiten in der Anlage verkürzt. „In der alten Anlage hatten wir zwölf Lichtbögen,“ erklärt Andreas Schatner, Meister im Bereich Bremsbacken- und Stützenfertigung. „Heute schaffen wir mit sechs Lichtbögen den gleichen Output.“

Verbessertes Arbeitsumfeld für Mitarbeiter

Insgesamt sind pro Schicht fünf Mitarbeiter an der neuen Anlage beschäftigt. Bei Schulungen vor Ort und bei Cloos konnten sich die Mitarbeiter mit der neuen Technik vertraut machen. Sie haben den gesamten Planungs- und Inbetriebnahmeprozess intensiv begleitet und konnten eigene Ideen und Gestaltungswünsche mit einbringen. „Unsere Mitarbeiter haben sich auf die neue Roboteranlage gefreut, da sie die Ergonomie am Arbeitsplatz verbessert“, erklärt Kamphus. So ist die Arbeit an der Anlage körperlich weniger belastend. Da der Prüfplatz höhenverstellbar ist, können die Mitarbeiter die Teile prüfen, ohne sie vom Band zu nehmen. Außerdem müssen die Teile nach der Fertigstellung nicht mehr per Hand abgestapelt werden, da das Roboterportal das nun erledigt. BPW hat bei der Gestaltung der neuen Anlage schon jetzt die ab 2018 geforderten Arbeitsplatzgrenzwerte für Schweißrauche eingehalten. Deshalb ist die Absaugung der Anlage ein komplett geschlossenes System, das die Luft in der Fertigungshalle sauber hält. Die Anlage ist auch sehr leise, was das Arbeitsumfeld in der Fertigung weiter verbessert.