Roboter-Schweißen

Roboter schweißt schneller

Schweißen von Schienenfahrzeug-Drehgestellen. Neuweiler schweißt komplette Drehgestellrahmen für Eisenbahnlokomotiven in einer Aufspannung mit einem igm-Roboter.

Während des Schweißens arbeitet die Sensorik des Lichtbogennahtsuchens. Die Steuerung wertet die Schweißstromschwankungen beim Pendeln des Schweißbrenners aus und veranlasst bei Toleranzabweichungen in der Schweißfugenposition die nötigen Bahnkorrekturen. (Foto: igm)

Bereits vor mehreren Jahren installierte Neuweiler die bis heute größte Schweißroboteranlage der Schweiz. Schon bald stellte sie ihre Leistungsfähigkeit derart unter Beweis, dass hier ein zweites igm-Robotersystem seinen Betrieb aufnahm. Spezialität des Unternehmens in Kreuzlingen am Bodensee sind groß dimensionierte, technisch anspruchsvolle Sonderprodukte, oft in kleinen Stückzahlen, was kein Problem für die beiden Schweißroboter darstellt, denn mit ihrer unkomplizierten Programmierung bieten sie selbst bei Losgröße eins alle Voraussetzungen für hochgradige Wirtschaftlichkeit.

Speziell das automatisierte Schweißen großformatiger Werkstücke plante Neuweiler, als die Entscheidung für einen igm-Schweißroboter des Typs RT 330 S fiel. Er arbeitet synchron mit einem L-Manipulator RWM 2 10.000 RCi und einem Gegenlager RFP 10.000A 1. Beide haben eine Tragkraft von je zehn Tonnen; zusammen können sie also bis zu 20 Tonnen schwere Werkstücke manipulieren. Die Roboteranlage ist zusätzlich mit einem High-Speed-L-Manipulator vom Typ RWM 2 1.000 RCi für Kleinteile ausgerüstet. Eine Grube im Maschinenfundament ermöglicht es, auch ausladend dimensionierte Werkstücke ohne Hubwerk zu schwenken. Nach aktuellen Informationen dürfte die Neuweiler-Anlage bisher in ganz Europa die einzige sein, die komplette Drehgestellrahmen für Eisenbahnlokomotiven in einer Aufspannung schweißt.

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Die 3.382 Millimeter langen, 2.760 Millimeter breiten und mehr als eine Tonne schweren Drehgestellrahmen werden in geheftetem Zustand mittels Aufspannvorrichtung auf dem L-Manipulator fixiert. Durch die simultanen Bewegungen der Manipulatoren und des Roboters können fast alle Nähte in optimaler Wannenlage geschweißt werden. Diverse Nähte befindet sich an schwer zugänglichen Stellen. So etwa schweißt der speziell gekröpfte Brenner die Rundnaht am Verbindungsrohr der Langträgerbauteile in einem Zug durch, obwohl er nur 55 Millimeter Platz hat. Dass es dabei zu keinen Verwicklungen der Medienzuleitungen am Roboterarm kommt, ist darauf zurückzuführen, dass das vorderste Robotergelenk als Hohlwelle gestaltet ist. Durch diese Hohlwelle wird das gesamte Medien-Schlauchpaket samt Steuer- und Sensorkabel sowie Kühlwasser geführt. Die Medienführung durch die Hohlwelle ermöglicht bis zu zwei volle Umdrehungen des Brenners am Roboter-Handgelenk.

Vor der Einführung des Roboters wurden die Drehgestellrahmen von Hand geschweißt, wofür 20 Stunden für je einen Handschweißer pro Drehgestell erforderlich waren; der Roboter hingegen benötigt nur noch zwölf Stunden. Die nunmehr verkürzte Schweißzeit leistet ist ein wesentlicher Beitrag für mehr Produktivität und Wirtschaftlichkeit. Durch die einfache, für Schweißfachleute nahezu selbsterklärende Programmierung der Steuerung lässt sich die Anlage innerhalb kurzer Zeit für das Schweißen anderer Werkstücke umrüsten.

Diese Eigenschaften war für Neuweiler der Grund, bereits drei Jahre später eine zweite igm-Schweißroboteranlage zu installieren. In dieser arbeiten ein Sechsachsroboter des Typs RTi 496 S sowie ein L-Manipulator und ein Gegenlager, die mit je zwei Tonnen Tragkraft vier Tonnen schwere Werkstücke manipulieren. Das Längsschlittensystem, auf dem der Roboter bewegt wird, ermöglicht derzeit das Schweißen bis zu neun Meter langer Werkstücke. Es besteht die Möglichkeit, nachträglich weitere sechs Meter lange Schlittenmodule anzufügen und dann entsprechend längere Werkstücke zu fertigen.

Hoch anspruchsvolle Werkstücke
Auf diesen Anlagen könnte auch Aluminium geschweißt werden. Bisher wurden auf den beiden Anlagen ausschließlich Werkstücke aus Baustählen und Edelstahllegierungen geschweißt, mit MIG/MAG-Verfahren und fast nur mit Sprühlichtbogen, also im oberen Leistungsbereich. Immer wieder beeindrucken die Schweißkonstruktionen mit respektablen Ausmaßen, beachtlichen Gewichten und hohem technischem Anspruch. Sie bewähren sich in der Umwelttechnik, im Güterverkehr, im Wasserbau, in der Energietechnik und in mitunter höchst speziellen Einsatzgebieten. Hohe Anforderungen stellte zum Beispiel das Schweißen von Druckbehältern für Gasturbinen-Testanlagen aus Hastelloy.

Entsprechend dem für sie vorgesehenen Fertigungsspektrum unterscheiden sich die beiden Roboteranlagen in mehreren Komponenten. So etwa sind die achsgesteuerten Längsschlittensysteme und die Quer- und Vertikalschlitten unterschiedlich dimensioniert, an dessen unterem Ende die Roboter hängend montiert sind. Beim RTi 496 S arbeitet der L-Manipulator mit einer auf einer Verschiebahn beliebig positionierbaren Wendevorrichtung zusammen und eignet sich auch für die Bearbeitung längerer Werkstücke. Bei beiden Anlagen können die Steuerungen außer deren sechs Roboterachsen bis zu zehn externe NC-Achsen ansteuern. Durch ihre hängende Position am unteren Ende des Vertikalschlittens haben die Roboter weit ausgreifende Arbeitsbereiche und können tief in kastenförmige Werkstücke eintauchen. Die Roboter selbst unterscheiden sich durch die Länge ihrer Arme und damit ihre effektiven Arbeitsbereiche, die beim RTi 496 S mit 3.800 Millimeter und beim RTi 330 S mit 3.000 Millimeter definiert sind.

Dem Anlagenbediener steht das etwa 1,3 Kilogramm wiegende Programmierhandgerät K5 mit Farbdisplay zur Verfügung, von dem aus er auf alle relevanten Funktionen Zugriff hat. Die Programmierung per Handgerät sei für Schweißfachleute komfortabel und nahezu selbsterklärend. Zu Beginn des eigentlichen Schweißprozesses kommt die Gasdüse des Brenners als taktiler Sensor zum Einsatz: Sie stellt durch Suchfahrten die genaue Lage der Schweißnahtfugen fest und verschiebt bei Abweichungen von Referenzpunkten automatisch die nachfolgenden Programmteile um den gemessenen Betrag. Um diese Sensorfunktion ausführen zu können, liegt an der Gasdüse eine ungefährliche Steuerspannung an, die sich jedes Mal entlädt, wenn die Gasdüse das Werkstück berührt; dies löst in der Steuerung die erforderlichen Rechenoperationen aus.

Während des Schweißens arbeitet die Sensorik des Lichtbogennahtsuchens. Die Steuerung wertet die Schweißstromschwankungen beim Pendeln des Schweißbrenners aus und veranlasst bei Toleranzabweichungen in der Schweißfugenposition die nötigen Bahnkorrekturen. Sie erkennt gleich nach dem Zünden des Lichtbogens innerhalb weniger Hübe die markanten Kriterien der Nahtfuge und führt danach den Brenner in die genaue Position. Danach führt die Steuerung den Brenner dem tatsächlichen Nahtverlauf entlang. Ist die Naht mehrlagig, berücksichtigt die Steuerung die bei den vorher geschweißten Lagen gewonnenen Daten. Je nach Nahtgeometrie legt der Programmierer fest, bei wie vielen Zwischenpunkten die Werte gespeichert und beim Schweißen der nächsten Lagen berücksichtigt werden. Der Anlagenbediener kann also auch bei langen Nahtstrecken und großen Abweichungen den Verlauf der Nahtfuge in einem einzigen Schritt programmieren; diese Möglichkeit verkürzt die Programmierzeit erheblich. pb

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