Beim Behälterbauer Römer wirkt sich der Einsatz einer Roboter-Schneid- und -Schweißanlage von Cloos positiv auf Wirtschaftlichkeit und Qualität aus. Ein zeitsparendes Offline-Programmiersystem leistet einen wichtigen Beitrag.
Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Bernhard Reichenbach bernhard.reichenbach@konradin.de
Der Behälterbauer Römer GmbH hat – nach reiflicher Überlegung – offensichtlich die richtige Entscheidung getroffen: Mit der Anschaffung einer kombinierten Roboter-Schneid- und -Schweißanlage steigerte das in Wenden-Gerlingen ansässige Unternehmen seine Produktivität und Fertigungsqualität erheblich. „Durch die Umstellung von der manuellen auf die automatische Produktion mit der neuen Anlage konnten wir die Durchlaufzeiten um rund 30 Prozent reduzieren. Und dies bei höherer Präzision als vorher“, freut sich Dipl.-Ing. Daniel Römer, zuständig für den Bereich Schweißen und Schneiden.
Die mehr als 12 m lange und 6 m breite Einrichtung wurde von der Carl Cloos Schweißtechnik GmbH konstruiert und gebaut und ist seit Januar 2004 im Einsatz. Mit der Sonder-Anlage zum Plasmaschneiden und MAG-Schweißen werden im Ein-Schicht-Betrieb Kältemittel- und Standard-Druckluftbehälter mit Applikationen wie Einfüll- und Auslassstutzen versehen. Die 1 bis 6 m langen Behälter sind aus 5 bis 25 mm dicken Qualitätsstählen gefertigt und messen im Durchmesser zwischen 273 und 2000 mm.
Schneid- und Schweißbrenner werden von einem 6-Achsen-Industrieroboter des Typs Romat 320 von Cloos geführt, der an einem etwa 5 m hohen, längsverfahrbaren C-Ständer angebracht ist. Der Ständer besitzt zusätzlich ein Höhenverfahrwerk mit einem Hub von 1 m. Die Einheit sitzt auf einer Bodenfahrbahn mit einem Verfahrweg von 9 m. Alle externen Verfahrwege sind als NC-Achsen ausgebildet, die während des Schneid- und Schweißbetriebs synchron mit den sechs Roboterachsen verfahren werden können.
Die Mechanik des kompakten, modularen Roboters ist in Drehgelenkbauweise ausgeführt und auf die jeweiligen Werkstattanforderungen abgestimmt. Sein Aktionsradius von 1600 mm erlaubt auch bei großvolumigen Behältern ein effizientes Arbeiten in den erforderlichen Positionen. Der Roboter ist mit leistungsstarken AC-Servoantrieben ausgestattet. Das digitale Antriebssystem sorgt für ein dynamisches Bewegungsverhalten und eine hohe Bahngenauigkeit. „Die Wiederholgenauigkeit liegt unter ±0,1 Millimeter“, merkt Daniel Römer an.
Die Robotersteuerung Rotrol II bietet die Vorteile einer speziell auf die Anforderungen der Schweiß- und Schneidtechnik abgestimmten Software. Neben den Standard-Softwarefunktionen gibt es viele praxisbezogene Optionen wie Nahtverfolgungs- und Sensorfunktionen.
Zum Anschweißen der genannten Applikationsteile schneidet der Roboter angefaste Öffnungen in den aufgespannten Behälter. Bei dem gesamten Bearbeitungsprozess spielt die Sensorik aus Präzisionsgründen eine wichtige Rolle: Vor dem Schneiden vermisst der Roboter den Behälter mit Hilfe eines integrierten taktilen Sensors. Während des Schneidens wird mittels Spannungssensorik automatisch der Abstand Brenner/Werkstück gemessen und gegebenenfalls korrigiert. Vor dem Schweißen werden mit Hilfe eines Gasdüsensensors Position und Toleranzen der angehefteten Applikationsteile vermessen, und beim Fügen selbst mittels Prozesssignalen der Höhen- und Seitenabstand des Brenners zum Teil kontinuierlich optimiert.
Zum Fasenschneiden verfügt die Kombi-Anlage über eine 130-A- Feinstrahlplasma-Stromquelle des Typs Fine Focus 450 der Kjellberg Finsterwalde GmbH, Finsterwalde. Das mit einem Wirbelgas-Feinstrahlbrenner ausgestattete System „schneidet Fasen mit Winkeln zwischen 0 und 35 Grad schnell und qualitativ hochwertig. Und dies bei geringem Sauerstoffverbrauch und niedrigen Kosten“, so Römer.
Mit Hilfe der Wirbelgas-Technik lassen sich sowohl Baustähle als auch hochlegierte Stähle sauber und bartfrei schneiden. Bei der Schweißnahtvorbereitung an unlegierten Stählen sorgt die Sauerstoff-Schneidtechnik, bei der Sauerstoff als Plasmagas eingesetzt wird, für metallurgisch einwandfreie Schnittflächen, die keine kostenintensive Nacharbeit erfordern.
Die Plasmastromquelle ist an der rechten Seite des Ständers angebracht, die MIG/MAG-Schweißeinheit GLC 503 Quinto Profi von Cloos an der linken. Behälterbauer Römer setzt die für die Anforderungen der Automatisierungstechnik konzipierte, rechnergesteuerte 500-A-Impulsstromquelle ausschließlich für das MAG-Schweißen ein. Ihr Leistungsbereich liegt zwischen 40 und 550 A bei 60 % Einschaltdauer.
Die beiden Stromquellen werden direkt von der Robotersteuerung über eine serielle Schnittstelle angesteuert. Somit lassen sich sämtliche Schneid- und Schweißparameter im Online-Betrieb über ein portables Programmierhandgerät verändern oder optimieren. Wichtiger noch ist, dass die Robotersteuerung über eine als Bus ausgelegte, störsichere RS422- Schnittstelle mit einem von der Fertigungseinheit entfernten PC verbunden ist. So können Gerätekonfigurationen und Parameter auch offline variiert werden. Besonders positiv macht sich das 3D-CAD-Offline-Programmiersystem Moses der Autocam GmbH, Dortmund, bemerkbar, da hauptzeitparallel programmiert und somit stillstandsarm gefertigt werden kann. „Das System ist zudem sehr zeitsparend und wirtschaftlich, da es mit parametrisierten Programmen arbeitet“, hebt Daniel Römer hervor.
Neben einem automatischen Brennerwechselsystem und einer mechanischen Brennerreinigung komplettieren zwei weitere Komponenten die Anlage: Ein drehbarer Werkstückpositionierer und ein auf Schienen vor dem C-Ständer verschieb- und höhenverstellbarer Rollenbock. Sie dienen zum Aufspannen und Auflegen des zu bearbeitenden Behälters. Die Rüstzeit liegt bei 30 min. Die Bearbeitung erfolgt in einer Aufspannung unter Aufsicht eines Bedieners. Da die Bewegungen des Positionierers in die Steuerung integriert sind, können das Handling des Behälters und die Roboter-Bearbeitung simultan erfolgen.
Römer investierte etwa 300 000 Euro in die Anlage, wovon rund 10 % auf das Offline-Programmiersystem entfallen. Zu den Gründen der Behälter-Spezialisten, sich für eine Anlage von Cloos zu entscheiden, gehörte nicht zuletzt die langjährige Zusammenarbeit mit der Cloos-Werksvertretung Carl Lixfeld Schweißtechnik GmbH & Co. KG. Diese ist im nahen Siegen ansässig, so dass bei Bedarf rasch Service-Unterstützung bereitsteht. Lixfeld ist für Instandhaltung und Wartung zuständig, wobei die Wartungsintervalle drei Jahre betragen. Der Kunde übernimmt nur Reinigung und Schmierung.
Da es sich bei der Anlage um ein komplexes System handelt, gab es zwar anfänglich kleinere Probleme, doch wurden diese schnell behoben. Insgesamt seien die Erfahrungen sehr positiv, resümiert Daniel Römer: „Schon aufgrund der gesteigerten Produktivität möchten wir nicht mehr auf die Anlage verzichten.“
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