Unternehmen der Schweiß- und Fügetechnik finden kaum noch geeignete Fachkräfte. Viele Betriebe befinden sich in einer Zwickmühle: auf der einen Seite der Mangel an Schweißfachleuten und steigende Lohnkosten, auf der anderen Seite wachsende Anforderungen an Qualität, Flexibilität und Effizienz der Schweißprozesse. Daher setzen Unternehmen verstärkt auf die Automatisierung von Prozessen und den Einsatz von Robotern. Was in den letzten Jahrzehnten hauptsächlich in der Automobilindustrie und der Großserienfertigung gang und gäbe war, gewinnt auch in mittleren und kleinen Unternehmen aus den unterschiedlichsten Branchen an Bedeutung. Denn automatisierte Schweißprozesse lassen sich mittlerweile nicht nur in Großkonzernen wirtschaftlich betreiben. Für eine Automatisierung sprechen die absolute Wiederholgenauigkeit mit gleichbleibender Schweißnahtqualität, die Prozesssicherheit und erhöhte Produktivität aufgrund geringerer Rüst- und Nebenzeiten.

Grundvoraussetzungen für den automatisierten Prozess

Sollen Schweißprozesse automatisiert werden, gilt es, vorab nicht nur zu klären, welche Bauteile gefertigt werden und welche Geometrien entsprechend zu beachten sind. Ebenso von Bedeutung sind Angaben zur Losgröße, zu den Toleranzen und zu den gewünschten Schweißverfahren. „Oftmals muss erst einmal das Verständnis für den Prozess geschaffen werden. Der Roboter kann keine Positionsänderung ausgleichen, der Schweißer aber sehr wohl“, sagt Max Lautenbach, stellvertretender Leiter Anwendungstechnik/Automation bei EWM. „Also muss die Schweißvorrichtung exakt stimmen – damit verbunden ist meist ein größerer Aufwand.“ Denn mit der Automatisierung verändern sich die gesamten Abläufe. Es müssen auch die Prozesse vor und hinter der Schweißzelle angepasst werden, beispielsweise muss eine ausreichende Anzahl an Bauteilen aus der Vorfertigung zur Verfügung stehen, damit das System optimal ausgelastet ist. Darüber hinaus besteht eine hohe Anforderung an die Genauigkeit der Bauteile. Die geschweißten Teile gilt es dann rechtzeitig abzutransportieren und zu lagern, um einen Prozessstau zu vermeiden. Zu berücksichtigen ist auch das vor Ort vorhandene Personal. „Völlig ungelernte Arbeitskräfte können keine Roboteranlage bedienen“, sagt Andreas Euen, Geschäftsführer von EWM-Euen. „Zwar senkt Robotik den Personalbedarf insgesamt, um Prozesse zu automatisieren, braucht es jedoch Mitarbeiter vor Ort, die eine Schweißzelle programmieren können.“

Kollaborierende Roboter liegen im Trend, auch in der Schweißtechnik. Der große Vorteil liegt im unkomplizierten Bedienen der Systeme. Der Cobot kann einfach vor Ort angelernt werden und wiederholt dann die ihm gezeigten Abläufe. Es ist keine komplexe Programmierung erforderlich, allerdings sollte das sogenannte „Teachen“ durch Fachpersonal erfolgen.

Cobot versus Schweißzelle

Cobots punkten durch ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und eignen sich daher auch für den Einsatz in kleineren Betrieben. Nicht unberücksichtigt bleiben darf dabei der Sicherheitsaspekt. Denn der Schweißprozess birgt viele Gefahren – von den möglichen Schweißfunken über die Entstehung gefährlicher Strahlung bis hin zu elektrischen Gefährdungen und der Bildung von Schadstoffen. Ein Quasi-Hand-in-Hand-Arbeiten mit dem Cobot bei brennendem Lichtbogen ist daher kaum möglich. Für kleinere Unternehmen bieten sich eher kompakte Schweißzellen an, die ebenfalls kosteneffizient sind. So sind beispielsweise die XQbot-Schweißzellen von EWM ein geeigneter Einstieg in die Automatisierung. Herzstück der Zellen ist der CRX-Roboter von Fanuc, der sich hinsichtlich Präzision, Wiederholgenauigkeit und Stabilität mit einem Industrieroboter vergleichen lässt. Klein- und Kleinstserien lassen sich so ohne großen Programmieraufwand fertigen, wobei der Bediener maximal geschützt wird.

Bei ungenauen Bauteilen oder instabilen Vorrichtungen sind häufig zusätzliche Messfahrten notwendig, um eine exakte Positionierung zu erhalten. Damit wird der gesamte Prozess schnell ineffizient. Im manuellen Prozess kann der Schweißer dagegen sofort auf Veränderungen reagieren und bemerkt etwa, wenn sich das Blech beim Schweißen bewegt. Der Roboter würde in diesem Fall einfach einige Millimeter neben der gewünschten Position schweißen. Die Schweißnaht sitzt dann an der falschen Stelle, und das Bauteil ist nicht verwendbar. Aus diesem Grund sollte der Schweißprozess im Vorfeld genauestens analysiert werden. Ist es überhaupt sinnvoll, auf eine automatisierte Produktion umzusteigen? Müssen zu viele Veränderungen vorgenommen werden, sodass sich das Vorhaben wirtschaftlich nicht rentiert?

Konzept und Machbarkeitsanalyse

Anbieter müssen potenzielle Nutzer mit kompetenter Beratung bei der Planung, Installation und Inbetriebnahme von Schweißzellen unterstützen. Dazu gehören ein ausführliches Erstgespräch, die Konzepterstellung sowie eine Machbarkeitsanalyse. Das zu schweißende Bauteil muss genau untersucht und bewertet werden. Vor dem betriebsfertigen Aufbau vor Ort sollte zudem eine Erstmusterschweißung auf den Roboterschweißanlagen des Anbieters erfolgen. Der Kunde erhält dabei eine umfangreiche Einführung in die Programmierung, kann den Schweißprozess und das Schweißergebnis prüfen. Sobald die passende Anlage ausgewählt ist, schließt sich eine umfangreiche Schulung des Kunden zur Bedienung an, und auch nach der Installation der Anlage wird er weiterhin fachkompetent betreut. „Der entscheidende Aspekt ist nicht die Robotik, sondern die Schweißtechnik. Um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, müssen Anbieter hier die nötige Fachkompetenz mitbringen“, sagt Wolfgang Kumpf, Leiter Innendienst bei EWM.

Automatisierung in der Chassisfertigung

Für einen Hersteller von Lkw-Aufliegern und -Anhängern realisierte EWM-Euen eine Automatisierungslösung mit einem Schweißroboter. Alle Schlitten- und Außenrollanhänger werden aus den gleichen Baugruppen gefertigt. Mit einer neuen Aufspannvorrichtung sollte den Schweißern die Arbeit erleichtert werden. EWM-Euen realisierte eine Portalanlage mit neun Achsen. Als Schweißgerät kommt eine Phoenix puls von EWM zum Einsatz. Die Fertigung von Schlittenanhängern und Außenrollanhängern erfolgt in zwei separaten Arbeitsbereichen. Während der Roboter in der einen Sektion schweißt, kann die andere bestückt werden. Schweißer legen die Langträger und Schweißbaugruppen ein, heften diese und verschweißen besonders kurze Nähte direkt.

Ist der Roboter mit dem Schweißen in der einen Kabine fertig, bewegt er sich in die zweite Kabine und schweißt dort weiter. Das fertige Chassis wird entnommen und die Zelle neu bestückt. Da der gesamte Schweißablauf auf geteachten Kurven basiert, darf es keine größeren Abweichungen bei den einzelnen Bauteilen geben – eine große Anforderung an die Teilevorbereitung. Auch galt es, die thermische Ausdehnung von Bauteilen zu beachten. Daher dauerte es einige Durchgänge, bis die Schweißer die Bauteile perfekt programmiert hatten und die Schweißnaht zu jedem Zeitpunkt optimal getroffen wurde. Durch die Automatisierung der Chassisfertigung konnte der Hersteller seine Produktion annähernd verdoppeln – bei weniger benötigtem Personal. In 90 Minuten entstehen jetzt 300 Schweißnähte. Aufgrund der hohen Schweißnahtqualität und geringer Schweißspritzer ließ sich die Nacharbeit dabei um 30 % reduzieren.

Bei der Automatisierung von Schweißprozessen ist es notwendig, das System ganzheitlich zu betrachten. Im Mittelpunkt sollte das Schweißen stehen, nicht die Bewegung des Roboters. Dieser kann geschulte Fachkräfte zwar nicht ersetzen, sie aber bei monotonen und kräftezehrenden Arbeiten entlasten. Dadurch stehen sie für wertschöpfendere Tätigkeiten zur Verfügung. Im Ergebnis kann eine erfolgreiche Umstellung auf automatisierte Schweißprozesse in Zeiten des Fachkräftemangels eine sinnvolle Lösung sein und Produktivität sowie Wettbewerbsfähigkeit messbar steigern.

Intec, Halle 2, Stand G27