Robotik Schweiß- und Handlingroboter kombiniert

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Fernwärme boomt. Um die steigenden Auftragszahlen sicher bedienen zu können, investiert Isoplus in Personal und eine automatisierte Fertigungstechnik. Im Sommer 2023 haben die Thüringer eine einzigartige Anlage in Betrieb genommen: Ein Handling- und zwei Schweißroboter verarbeiten Rohrbögen bis zu einer Tonne Stückgewicht schnell und sauber.

Was tun, wenn die Aufträge immer mehr werden, die Anforderungen an die Qualität steigen und gleichzeitig Fachkräftemangel herrscht? „Da bleibt nur der Schritt, in automatisierte Prozesse zu investieren“, weiß Axel Kirstein, Isoplus Geschäftsführer aus dem thüringischen Sondershausen. Der Hersteller von gedämmten Rohrsystemen und Formteilen für die Nah- und Fernwärmeversorgung hat bereits vor einiger Zeit in eine Plasmaschneidanlage investiert, auf der materialsparend die Stahlrohre automatisiert auf Maß geschnitten werden. Dann wurde das Personal massiv aufgestockt. „Wir konnten damit unsere Fertigungskapazitäten von zwei auf drei Schichten erhöhen, was aber immer noch nicht ausreicht, um unser Wachstum abzubilden“, so Kirstein.

Dossier Schweißen

Schweißtechnik der Zukunft

Also folgt jetzt die nächste Impulszündung: Gemeinsam mit dem versierten Sondermaschinenbauer Heller aus Arnstadt haben die Isoplus-Experten eine SPS-gesteuerte Anlage realisiert, die in Europa einzigartig ist. Hardware und Steuerung lagen in der Verantwortung von Heller, während Isoplus das schweißtechnische Knowhow eingebracht hat. Das Definieren der Parametersätze für die Schweißung war eine besondere Herausforderung, die aber dank der praktischen Erfahrungen der Schweißer gelöst werden konnten. „Mit dieser Anlage können wir unsere Durchlaufzeiten deutlich kürzen, die Qualität weiter erhöhen und Mitarbeiter entlasten. Wo früher ein Schweißer acht Stunden konzentriert arbeiten musste, erledigen das die drei kollaborierenden Roboter in unter 20 Prozent der Zeit automatisch.“ Da das Handling für das Bedienpersonal eine deutliche Entlastung darstellt, ist dieser Arbeitsplatz auch unter ergonomischen Gesichtspunkten ein Vorzeigeprojekt. Außerdem ist die Anlage für eine Ein-Stück-Fertigung ausgelegt: Die Umrüstung auf eine andere Rohrdimension läuft quasi auf Knopfdruck, so dass die Losgröße keine Rolle spielt.

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Rohrdurchmesser DN 300 bis DN 1000 präzise positioniert

Auf der großen, hochmodernen Anlage, die Isoplus in einer separaten Halle aufgebaut hat, lassen sich Rohrbögen und Grundrohre für Abzweige in den Dimensionen von DN 300 bis DN 1000 und Materialdicken bis aktuell 17,5 Millimeter bearbeiten. Zunächst positioniert der aktuell größte, verfügbare Kuka-Roboter ein Anschweißende auf einem höhenverstellbaren Spanntisch, der in einem 4 m tiefen Schacht sitzt. Das Rohr wird durch rundherum angeordnete hydraulische Spannbacken maßhaltig eingespannt wodurch Ovalitäten aus der Vorfertigung ausgeglichen werden. Im zweiten Schritt hebt der Roboter den entsprechenden Rohrbogen – der wiegt in der Größe DN 1000 etwa eine Tonne – millimetergenau über das eingespannte Rohrstück. „Dadurch sparen wir uns das aufwändige Anheften an den Rohrbogen“, nennt Kirstein einen weiteren Vorteil der neuen Anlage.

Die beiden Schweißroboter vermessen anschließend die Schweißnaht exakt per Laserscanner. Aus den gewonnenen Daten werden automatisch die benötigten Schweißparameter für jede Position ermittelt und zum Schweißablauf zusammengestellt. Die Schweißparameter wurden im Vorfeld in den Schweißsteuerungen programmtechnisch erstellt und hinterlegt. Dabei werden der Kantenversatz, das Spaltmaß sowie die Durchmesser-Unterschiede und Ovalitäten der Stahlteile berücksichtigt, so dass am Ende eine gleichmäßig perfekte Schweißnaht entstehen kann. Diese muss röntgensicher ausgeführt werden. Die Dokumentation der Schweißergebnisse wird in der Anlage gespeichert. Hier hat Isoplus die üblicherweise geforderte analoge zerstörungsfreie Durchstrahlprüfung der Schweißnähte an großen Bauteilen ersetzt durch das moderne, digitale Röntgenverfahren.

Zwei Schweißroboter arbeiten parallel

Hat das System das Schweißprogramm entsprechend zusammengestellt, startet die MAG-Schweißung: Jeweils einen 180-Grad-Bereich des Rohres schweißen die Roboter in der sehr anspruchsvollen PC-Lage – also in der Horizontalen, auch um den Schweißverzug zu minimieren. „Um in dieser Lage technologisch prozesssicher zu sein, haben wir uns mit der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt, einem Forschungsinstitut der RWTH Aachen und mit den Fachleuten vom ifw Jena, dem Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung ausgetauscht, um deren Erfahrungen mit in das Projekt einfließen zu lassen, sagt Kirstein. „Sie waren von unserer praxisorientierten Lösung sehr angetan.“

Allein der Lösungsansatz mit den beiden Schweißrobotern bringt in der Praxis Zeit- und Qualitätsvorteile: Zunächst wird die Wurzel im EWM-Coldarc-Verfahren geschweißt, dann folgen bis zu vier Zwischenlagen und schließlich die Decklage im Pulsverfahren.

Am Ende hebt der Handlingroboter das fertige Teil von der Anlage auf einen Transportwagen für den folgenden Produktionsschritt, wo auf den Stahlrohrbogen die PE-Ummantelung mit PUR-Wärmedämmung und den Überwachungsdrähten um das medienführende Bauteil angebracht wird.

Für ein gutes Arbeitsklima in der Schweißhalle und die Einhaltung der normativen Vorgaben bezüglich der Schweißrauche sorgt eine zentrale Schweißbrenner-Absaugung. „Da wir hier ein kollaborierendes System haben, überwachen wir per Laser den gesamten Arbeitsbereich“, so Kirstein. Nach der reibungslosen Inbetriebnahme läuft die Anlage bereits im Serienmodus und überzeugt durch ein deutliches Plus an Qualität und schnelleren Durchlaufzeiten. „Die ausgezeichneten Ergebnisse der zerstörungsfreien Prüfung bestätigen die hervorragende Qualität der Schweißnähte.

Kuka auf der Euroblech 2022

Lösungen für den automatisierten Schweißprozess

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