Robotertechnik

Hinter Gittern: Flexible ­Fertigung

Roboter-Schweißanlage für Gitterroste
Die Fertigung von Gitterrosten in der Münsinger Metallwarenfabrik Adolf Schreiber erfolgt exakt nach Kundenwunsch. Das erfordert eine hohe Flexibilität in der Organisation und im Fertigungsprozess. Daneben sind immer die Forderungen nach Qualität und Wirtschaftlichkeit zu erfüllen. In einem kontinuierlichen Investitionsprozess wurde eine flexible Fertigung mit einer Portal-Roboterschweißanlage von OTC aufgebaut. So kann das Unternehmen auch in einer schwierigen Branchen- und Marktsituation einen sicheren Kurs halten.

Gitterroste sind Bauelemente, die in allen Industriezweigen vielfältige Funktionen realisieren. Sie trennen Wasser, Sand und andere Verschmutzungen von der Lauffläche und sorgen so für Sicherheit und Hygiene in vielen Anwendungsbereichen. Abdeckungen aus Gitterrosten findet man bei Bühnen, Podesten und Laufstegen, bei Treppen und Entwässerungssystemen sowie in Luft- und Lichtschächten.

Die Firma ASM ist ein Komplettanbieter von Gitterrosten in unterschiedlichen Größen, Materialstärken und Maschenweiten. Die Fertigungspalette beginnt bei Gitterrosten in der Größe 100 x 100 und endet bei 1.600 x 1.600 Quadratmillimetern. Die Rosthöhen variieren von 20 bis 200, die Materialstärken von zwei bis fünf Millimetern.

Präziser ­Fertigungsablauf

Gefertigt wird direkt von Spaltbändern, die zur kontinuierlichen Produktion auf drehbaren Doppelhaspeln aufgespannt sind. Das Material wird geschnitten und gerichtet, damit es die hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit erfüllt. „Wir bleiben in allen Gitterrost-Abmessungsbereichen innerhalb der Toleranzgrenzen von plus Null bis minus zwei Millimeter,“ unterstreicht Geschäftsführer Thomas Kübler. „Weil in die exakten Gitterrostmaße die Summe von Fertigungstoleranzen mit eingeht, müssen wir von Anfang an sehr genau fertigen.“ Das gilt für Gitterroste aus Stahl, die nach der Fertigung überwiegend feuerverzinkt werden, ebenso wie für Roste aus Edelstahl, die nach dem Schweißen auf der OTC-Portalroboteranlage in der Regel poliert oder gebeizt werden.

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Die Fertigung von Edelstahlgitterrosten erfolgt nach Fertigungspaketen aus den als Vormaterial eingesetzten Spaltbändern. „In ein Paket nehmen wir alle Aufträge hinein, die das gleiche Ausgangsmaterial benötigen und die gleichen Werkzeuge erfordern. Das sind zum Beispiel Aufträge aus V4A-Edelstahl-Bandmaterialien mit einer Rosthöhe von 30 und einer Materialstärke von zwei Millimetern. Hierbei sind die jeweiligen Rost-Außenmaße relativ unerheblich. Das bedeutet konkret, dass sich in einem Fertigungspaket Aufträge verschiedener Kunden befinden. Damit trägt unsere Fertigungssteuerung über den Leitstandsrechner nicht nur zur schnellen Produktion, sondern auch zur Übersichtlichkeit des Fertigungsprozesses und der Information über die Kapazitätsauslastung bei. Über den Leitstandsrechner sind alle Produktionsanlagen vernetzt, so dass wir innerhalb von zehn Minuten einen Kundenauftrag durchgängig an alle Maschinen bringen können“, hebt der Geschäftsführer hervor und betont zugleich: „Dieser Prozess ist über Jahre gereift und hat sich mit jeder neuen Anlage verbessert.“

In Münsingen erfolgt das anspruchsvolle Edelstahlschweißen aus vielerlei Gründen auf einer Portalroboteranalge: „Wir entschieden uns für OTC“, erläutert Thomas Kübler, „weil diese Firma das beste Konzept für unsere Aufgabenstellung vorlegte. Insbesondere fanden wir in Achim Herrmann, dem Technischen Leiter des Mönchengladbacher Unternehmens, einen zuverlässigen Ansprechpartner. Die klare Anlagenkonzeption überzeugte uns, dass die Firma das vorgelegte Konzept professionell umsetzen kann. ­Darüber hinaus zeigt sich heute, nach einem Jahr Betriebserfahrung, dass das Preis-Leistungsverhältnis bei dieser Investition stimmte. Innerhalb von neun Monaten nach der Auftragsvergabe wurde die Anlage konstruiert, gefertigt, installiert und in Betrieb genommen.“

Zur Grundlage der wirtschaftlichen Automatisierung der Schweißprozesse gehören eine exakte Montage und das präzise Verpressen der Gitterroste auf einer vorgeschalteten Montageanlage. Diesem automatisch drehenden Setz- und Montageautomaten werden in gerader Linie die Tragstäbe eines Gitterrostes automatisch zugeführt. Seitlich erfolgt das Einschießen und Verpressen der Querstäbe. Ein Transportband führt die Randeinfassungsteile der Gitterroste am Automaten vorbei und fördert sie direkt an die Portalroboteranlage. Der Anlagenbediener legt die Randeinfassung und die verpressten Edelstahlgitterroste in den freien Positioniertisch der Roboteranlage ein.

Exaktes Spannen der Schweißteile

Die OTC-Portalschweißanlage besteht aus zwei Schweißkabinen. Jede Kabine hat einen Positioniertisch, auf den sich alle Edelstahlgitterroste der breiten Produktpalette, die in Münsingen gefertigt wird, einspannen lassen. Das Einlegen der Randeinfassungen und der verpressten Gitterroste ist der letzte manuelle Schritt, der die Maßhaltigkeit des Werkstücks und die Qualität des Schweißens beeinflussen kann.

Das Spannen beginnt mit einem automatischen Voreinstellen auf dem Positioniertisch, auf dem der nächste Gitterrost zu verschweißen ist. Wenn der Rost mit der Randeinfassung umrahmt ist, spannt ihn der Bediener über ein Zwei-Hand-Bedienpult und setzt den Schweißprozess in Gang. Das Spannen endet mit dem Fixieren des Schweißwerkstücks durch vertikal wirkende Niederhalter. Bei diesem automatischen Prozess befindet sich der Roboter – im hinteren Bereich der Anlage – in einer definierten Sicherheitsposition. Ist das Spannen beendet, hat der Bediener die Schweißkabine zu verlassen und sich außerhalb des durch Lichtschranken geschützten Bereichs zu begeben. Erst dann schließen sich automatisch die Schweißvorhänge und das Roboterschweißen beginnt. Nun kann sich der Bediener dem anderen Aufspanntisch zuwenden, dort das fertig geschweißte Teil herausnehmen und den nächsten Gitterrost einlegen.

Edelstahl- Qualitätsschweißen

Zur Portalschweißanlage gehören nicht nur zwei Positioniertische, die jeweils in einer Schweißkabine stehen, sondern auch zwei Impuls-Schweißstromquellen vom Typ CPDP 350, die das Edelstahl-MIG-Schweißen realisieren. Zwei Roboter des Typs DR 603 führen die Schweißbrenner. Die Roboter arbeiten über Kopf und bewegen sich auf einem Achssystem, das in der X-Richtung einen Weg von insgesamt 6.000 Millimetern hat. Der gesamte X-Verfahrweg erstreckt sich über beide Kabinen und teilt sich steuerungstechnisch in zweimal 3.000 Millimeter auf. Dadurch lassen sich größere Gitterroste zugleich von beiden Robotern schweißen. Wenn ein Roboter in die Kabine des anderen auf einem definierten Weg einfährt, senkt sich für diesen Moment die vertikal bewegliche Zwischenwand. Das gemeinsame, unabhängige Arbeiten beider Roboter erfolgt natürlich unter steuerungstechnisch gesichertem Ausschluss von Kollisionsgefahren. OTC-Steuerungen können bis zu 54 Achsen vollsynchronisiert ansteuern.

„Ein großer Vorteil,“ hebt der Technische Leiter Achim Herrmann hervor, „ist die geringe Masse unserer Roboter: Ein DR 603 wiegt nur 55 Kilogramm. Durch die kleinen Massenträgheitsmomente konnten wir die Achsen des Portals und das Fahrwerk der Roboter recht schlank gestalten. Das ermöglichte uns, den Roboter beim Schweißen von größeren Gitterrosten in der X- und Y-Richtung des Portals mit hoher Genauigkeit bewegen zu lassen. Während der Roboter vom Fahrwerk von Schweißpunkt zu Schweißpunkt geführt wird, konzentriert sich die Steuerung auf die Hand- und Längsbewegungen in Z-Richtung. Die Fahrwerke entwickeln dabei eine Geschwindigkeit bis zu 25 Metern in der Minute. Bei kleineren Gitterrosten, die im 800 Millimeter großen Arbeitsradius des Roboters liegen, wird der Roboter über dem Schweißwerkstück festgestellt. Dann arbeitet er den gesamten Arbeitsbereich ohne Hilfe des Fahrwerks ab.“ Das Schweißen beginnt mit der automatischen Bestimmung des Nullpunkts des eingespannten Bauteils. Dazu wurde der Roboter mit einem taktilen Sensor ausgestattet. Diese Nullpunktbestimmung erfolgt automatisch.

Für die hohe Schweißnahtqualität, die nicht zuletzt durch ein spritzerarmes Schweißen erzeugt wird, sorgen aber nicht nur die innovativen Impuls-Schweißstromquellen und die exakten Bewegungen des Schweißbrenners. Auch das akribische Einlegen der Gitteroste sowie die Pflege und das vollautomatische Reinigen des Brenners nach der Fertigstellung eines jeden Gitterrostes runden die technischen Maßnahmen zur Qualitätsarbeit ab. Peter Springfeld (gm)

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