Roboterzelle in der Großserienproduktion

Es musste schnell gehen bei der schwäbischen Gebr. Binder Metallwarenfabrik. Ein Großauftrag zur Produktion von rund einer halben Million Blechteile jährlich verlangte nach einer produktionstechnischen Lösung. Gemeinsam mit Yaskawa Europe machte man sich an die Realisierung einer Fertigungszelle, die Maßstäbe hinsichtlich Output, Präzision und Verfügbarkeit setzen sollte.

Dass sich ein großer deutscher Automobilhersteller mit einem Auftrag zur Serienproduktion einer Blechkonstruktion zur Aufnahme der Bordbatterien bestimmter Fahrzeugbaureihen an den in der Vergangenheit stark expandierenden Automobilzulieferer wandte, spricht für den Ruf und die Leistungsfähigkeit des Unternehmens. Thomas Pflüger, Maschinenbauingenieur und Abteilungsleiter Verbindungstechnik bei Binder: „Um einen Auftrag in dieser Größenordnung – die maximale Produktionsleistung liegt bei rund einer halben Million Batterierahmen jährlich – abwickeln zu können, war klar: Ohne die Investition in eine komplett neue, hoch automatisierte Anlage, die die nötigen Prozesse Punktschweißen, Prüfen, Signieren und Handhaben integriert, würde es nicht gehen.“

Ein Bediener, zwei Roboter, drei Stationen

Sogleich machten sich die Binder-Ingenieure an einen ersten Grobentwurf, der die wesentlichen Stationen der neuen Roboterzelle konzeptionell skizzierte. Dieses Konzept bildete die Grundlage für Yaskawa Europe, deren Spezialisten mit der Feinplanung und Realisierung der Komplettanlage betraut wurden.

Roland Hermann, Senior Key Account Manager bei Yaskawa, erinnert sich: „Uns allen war klar, dass wir die Taktzeitvorgaben bei diesem Großserienteil nur mit dem Einsatz von zwei Sechsachsrobotern, einem für das Punktweißen und einem weiteren für die komplette Handhabung, werden erreichen können. Zudem empfahl sich eine Drei-Stationen-Lösung, die es erlaubt, alle Prozesse parallel und somit taktzeitneutral umzusetzen. Während an der ersten Station manuell eingelegt wird, kann an Station zwei geschweißt und an Station drei geprüft und entnommen werden.“ Das Punktschweißen übernimmt ein schlanker Motoman-Sechsachser der SP-Serie, während ein schneller und ebenso präziser GP88 für die Handhabungsprozesse zuständig ist.

Hohe Verfügbarkeit

Alle weiteren Komponenten sollen durch ihre Qualität ebenfalls die Verfügbarkeit hochhalten. Im Einsatz sind u.a. eine Servoschweißzange in Leichtbauausführung, eine automatische Reinigungs- und Wechselstation für die Elektrodenkappen, ein 2D-Kamerasystem von Cognex für die Qualitätssicherung, ein Klasse-1-Signierlaser von Trumpf, eine Siemens-SPS und eine Schweißsteuerung von Bosch Rexroth mit permanenter Überwachung der Schweißparameter.

Ein Highlight der Anlage ist der Drei-Stationen-Vertikalpositionierer, der mit zwei Vorrichtungsnestern pro Station, also für die parallele Bearbeitung von sechs Batterierahmen, ausgestattet ist. Hermann: „Die Besonderheit dabei: Diese Lösung basiert auf einem Yaskawa-Standardprodukt, dem Positionierer R-1000, der über eine vertikale Drehachse verfügt. Diesen modularen Grundantrieb haben wir mit einer auf die automatischen Vorrichtungen ausgelegten Grundplatte versehen und darauf die Drei-Stationen-Lösung realisiert. Die für die Applikation nötige 120°-Drehung wird im Betrieb rein softwaretechnisch umgesetzt. Die Positioniererachse ist als vollwertige Roboterachse in die Master-Steuerung der Roboter integriert.“

Der Workflow in der Zelle

Die zu schweißende Stahlblechkonstruktion, die aus der hauseigenen Umformtechnik kommt, besteht aus zwei Einzelteilen, dem größeren Batterierahmen und einem kleineren Halteblech. Ein Bediener legt die beiden Teile in das erste Vorrichtungsnest ein und wiederholt diesen Vorgang beim zweiten Nest. Hat der Werker den Sicherheitsbereich verlassen, fixiert die Spannvorrichtung die Teile automatisch und taktet den Tisch weiter zu Station zwei. Hier setzt der Motoman-Punktschweißroboter der SP-Serie insgesamt acht Schweißpunkte pro Bauteil, fünf um den Rahmen zu fixieren und drei um das Halteblech anzubringen. „Es ist beeindruckend, zu verfolgen, mit welcher Präzision und Dynamik der Schweißroboter zu Werke geht und wie durchdacht die Programmierung sein muss, um mit der großen Servozange die Schweißpunkte innerhalb der engen Stahlblechkonstruktion anfahren zu können.“, so Pflüger.

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