Über 7 m lang und rund 24 t schwer – und dennoch dreht und wendet sich das gewaltige Bauteil gleichmäßig, präzise und ohne Ruckeln. Die neue Roboterschweißanlage mit integriertem Dreh- und Wendepositionierer in der Fertigungshalle von Severt stößt in neue Dimensionen für das Roboterschweißen vor: Das gerade bearbeitete Bauteil – es wird später der Schwenkarm eines Mining-Baggers sein – ist noch nicht einmal das Maximum: Auf der Anlage können bis zu 45 t bewegt werden; insgesamt zwölf Antriebsachsen sorgen für eine optimale Schweißposition. "Die Schweißnaht soll möglichst immer in Wannenlage sein, daher die vielen Freiheitsgrade", erklärt Frank Gevers, Leiter Entwicklung und Vertrieb bei Severt. Alle Achsen – bis auf die sechs des Roboterarms, der den Brennhals führt – werden von SEW-Servomotoren bewegt.

Wilhelm Severt Maschinenbau, 1964 gegründet, beschäftigt rund 400 Mitarbeitende an den Standorten Vreden im Münsterland sowie im südpolnischen Gorlice. Die Nachfrage nach immer größeren Baugruppen steigt seit Jahren, etwa im Energiesektor, denn immer leistungsstärkere Windkraftanlagen erfordern für ihren Aufbau entsprechend größere Mobilkrane. "Bisher wurden derartig große Baugruppen von Hand geschweißt", weiß Frank Gevers. "Aber inzwischen schlägt der Fachkräftemangel im Schweißbereich voll durch, es fehlen zunehmend die Kapazitäten für das manuelle Schweißen." Das war ein wesentlicher Grund, warum Severt sich dazu entschied, eine weitere vollautomatisierte Roboterschweißanlage mit Positionierer für entsprechend große Teile zu entwickeln. Sie erleichtert die Arbeit der Schweißfachkräfte und ermöglicht es, ihre Kapazitäten effizient zu nutzen.

Severt fertigt Schweißbaugruppen mit einer Stückmasse von 500 kg bis derzeit 80 t. Dafür hat die Fertigung 60 moderne Handschweißarbeitsplätze sowie 15 Roboteranlagen zum Schweißen und Schneiden. Kunden sind unter anderem Hersteller von Landtechnik oder schweren Baumaschinen, weitere aus dem Fahrzeugbau oder der Energietechnik. Die Entwicklung von Positionierern war zunächst zur Entlastung der eigenen Mitarbeiter gedacht war, stieß jedoch auch bei anderen Unternehmen auf Interesse. Heute ist der Bau handgesteuerter Schweißdrehtische sowie kompletter Roboterschweißanlagen ein wichtiges Standbein des Betriebs. Die neue 45-t-Anlage für Großbauteile besteht im Prinzip aus zwei Arbeitsstationen; sie stehen nebeneinander und sind über eine Verfahrbahn miteinander verbunden. Jede Station ist mit einem Dreh- und Wendepositionierer ausgestattet, der eine flexible Positionierung der zu schweißenden Bauteile über drei Achsen ermöglicht.

Geringes Verdrehspiel, hohe Positioniergenauigkeit

Die Anlage ist mit zwei Sechs-Achs-Schweißrobotern ausgestattet, jeweils an einem Portal montiert. Das Portal hebt und schwenkt den Roboter und bewegt sich zusätzlich über einen Verfahrschlitten an den Arbeitsstationen entlang. Der maximale Verfahrweg beträgt bei dieser Anlage 40 m. Die Linearachse des Fahrwerks sowie die Schwenkachse des Turmauslegers werden von spielfreien Präzisions-Servogetriebemotoren der Baureihe ZN angetrieben. Sie bestehen aus einem Zykloidgetriebe sowie einem synchronen Servomotor. Verdrehspiel beziehungsweise Hystereseverlust liegen funktionsbedingt weit unter einer Winkelminute, sodass die ZN-Getriebe positioniergenau arbeiten. Beide Stationen sind gekoppelt – jeder Roboter kann an beiden Stationen arbeiten. So können an der Schweißanlage entweder zwei Bauteile parallel bearbeitet werden, oder beide Roboter schweißen gemeinsam an einem Bauteil an einer Arbeitsstation.

Robotersteuerung koordiniert alle Antriebsachsen

Für dieses Anlagenkonzept waren seitens der Antriebstechnik einige Herausforderungen zu meistern. So müssen, um das Bauteil während des Schweißprozesses immer in der bestmöglichen Position halten zu können, alle zwölf Achsen einer Station koordiniert zusammenarbeiten. Daher steuert die Robotersteuerung simultan sowohl die Achsen des Roboterarms als auch die externen, mit SEW-Servomotoren realisierten Achsen des Positioniersystems. Jede Arbeitsstation hat eine eigene Steuerungseinheit, die gesamte Anlage also zwei Robotersteuerungen, die zusammenarbeiten. Im Automatikbetrieb steuert die Roboter-Steuerung auch die Achsen des Positioniersystems. Im manuellen Modus erfolgt die Ansteuerung über Movi-C Controller von SEW-Eurodrive. Jederzeit kann zwischen manuellem und Roboter-Betrieb gewechselt und nahtlos weitergearbeitet werden. Aufgrund der beim Teilehandling auftretenden großen Drehmomente wurde die erforderliche Antriebsleistung auf zwei Motoren aufgeteilt. Dazu müssen beide Antriebe absolut synchron arbeiten, was SEW durch Movikit Multi-Axis-Controller löst: Das Softwaremodul für Movi-C-Controller realisiert mechanisch gekoppelte Antriebe, sodass eine Last gemeinsam angetrieben werden kann. Die Antriebe werden aufeinander abgestimmt, um keine Schwingungen entstehen zu lassen.

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe 10/23