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Schweißanlagen Schweißroboter geben Signal für freie Fahrt im Waggonbau

| Autor / Redakteur: Walter Lutz / Dietmar Kuhn

Gerade in der Produktion lässt sich durch die richtige Fertigungstechnik Geld sparen. Statt der zunächst vorgegebenen Portalanlage schweißt WBN deshalb seine Personenwagen auf einer Roboteranlage mit 60 m langem Fahrwerk, eine der längsten aus dem Produktportfolio der Carl Cloos Schweißtechnik GmbH in Haiger. Weniger Kosten und kürzere Bauzeiten überzeugten die WBN Waggonbau Niesky GmbH.

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Auf der 60 m langen Roboteranlage werden moderne Aluminium-Baugruppen für den Weltmarkt geschweißt. Mit sechs internen und zwei externen Achsen kommt der Roboter an jede gewünschte Schweißstelle heran. Bilder: Cloos/Dieter Holler
Auf der 60 m langen Roboteranlage werden moderne Aluminium-Baugruppen für den Weltmarkt geschweißt. Mit sechs internen und zwei externen Achsen kommt der Roboter an jede gewünschte Schweißstelle heran. Bilder: Cloos/Dieter Holler
( Archiv: Vogel Business Media )

Der Waggonbau hat in der sächsischen Kleinstadt Niesky Tradition. Zu Beginn der industriellen Revolution vor 1900 wurden hier bereits auch Dampfmaschinen gebaut. 1917 begann die Produktion von Schienenfahrzeugen mit Güter-, Post- und Reisezugwagen sowie Straßenbahnen. Zu DDR-Zeiten spezialisierte man sich auf Güterwagen und Drehgestelle.

Güterwagenbauer eigenständig erfolgreich

Nach der Wende wurde der Betrieb als Waggonbau Niesky Teil der DWA-Gruppe und erlebte in den Folgejahren den Verkauf zuletzt an die kanadische Bombardier. „Doch mit unseren Güterwagen waren wir Exoten in diesem Konzern“, erinnert sich Werner Weinhold, zuständig für Fabrikplanung in Niesky. Und so kam es vor zwei Jahren - nach Eintritt des Investors Seag mbH und des Mitarbeiter e.V. - zum Neustart als eigenständiges Unternehmen.

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Seitdem geht es mit dem Mittelständler aufwärts. Auf einer Produktionsfläche von über 36000 qm arbeiten heute 250 Mitarbeiter und produzieren moderne Güterwaggons und Personenwagenbaugruppen aus Aluminium und Stahl für den europäischen Markt. „Unsere Auftragsbücher sind für die nächsten Jahre gut gefüllt“, freut sich Weinhold.

So stehen mehrere hundert Waggons allein für die Deutsche Bahn, die Schweizer Bahn und die Österreichische Bahn im eng gesteckten Produktionsplan. „Darüber hinaus hat sich unsere Kompetenz und Flexibilität in der Branche herumgesprochen, so dass wir außerdem als Zulieferer für andere Waggonbauer arbeiten.“

Produktion muss flexibel arbeiten

Gerade für diese Aufträge, bei denen hohe Flexibilität gefragt ist, suchten Werner Weinhold und Klaus-Dieter Jeschke (verantwortliche Schweißaufsichtsperson der WBN) eine leistungsfähige Schweißanlage, um die bis zu 20 m langen Alu-Waggonbaugruppen rationell fertigen zu können. „Da sich bei anderen Herstellern Portalanlagen bewährt hatten, gingen wir auch mit diesen Anforderungen auf die Suche“, so der Fabrikplaner.

Doch als die Angebote in Niesky eintrafen, machte sich Ernüchterung breit. Gut 30% lag selbst der günstigste Anbieter über dem kalkulierten Budget. Da war guter Rat teuer. „Außerdem waren für uns die langen Lieferzeiten und aufwendigen Umbaumaßnahmen in der bestehenden Fertigungshalle nicht akzeptabel.“

Roboterschweißanlage mit Bodenverfahreinheit als Alternative

Als Alternative bot sich zunächst eine Roboterschweißanlage mit Bodenverfahreinheit. Aber war das die günstigere Lösung? „Hier kamen wir ins Gespräch mit den Experten von Cloos Schweißtechnik. Die haben uns in kürzester Zeit von einem Konzept überzeugt, bei dem sich der Roboter an einer 60 Meter langen Höhenverfahreinheit entlang bewegt“, erklärt Klaus-Dieter Jeschke. „Da uns die Kundenaufträge im Nacken saßen, haben wir binnen vier Wochen das Projekt entscheidungsreif geplant und Cloos den Auftrag erteilt.“

Was den WBN-Verantwortlichen sehr entgegen kam: Die Höhen-Längsfahrbahn konnte während der laufenden Produktion eingebaut werden, weil sie auf nur neun Stützen seitlich in der großen Fertigungshalle positioniert ist. Statt einem aufwändigen Maschinenbett im Hallenboden mussten lediglich die Stützen in die Halle eingebracht werden, die die 60 m-Fahrbahn tragen.

Roboterschweißanlagenkonzept erspart teure Umbauten

Dadurch entfielen eine Reihe kostspieliger, langwieriger Umbaumaßnahmen und damit verbundene Produktionsstörungen. „So konnten wir unsere Lieferzeiten gegenüber Kunden auch während der Umbauphase einhalten“, so Weinhold. „Ein weiterer Pluspunkt für die Cloos-Lösung ist die bessere Zugänglichkeit der quasi barrierefreien Anlage. In die großen Vorrichtungen unter der oben liegenden Roboterbahn lassen sich die Aluteile für Dach, Boden und Wände der Waggons einfach einlegen.“

Ein gutes halbes Jahr nur nach der Entscheidung konnte die neue Roboter-Anlage bereits in Betrieb genommen werden. Weinhold: „Das Projekt lief zwischen uns und Cloos reibungslos Hand in Hand.“ Zwischen der Berliner Cloos-Niederlassung und dem sächsischen Unternehmen gab es einen kontinuierlichen Informationsfluss, so dass zu jeder Zeit kurzfristig auf entstehende Probleme reagiert werden konnte.

„Gerade in diesem wichtigen Punkt haben wir mit anderen Zulieferern nicht immer gute Erfahrungen gemacht,“ beklagt der Fabrikplaner. Auch die Entscheidung, Roboter- und Schweißtechnik aus einer Hand zu beziehen, hat sich bewährt. „Alle Komponenten der Anlage sind sehr gut aufeinander abgestimmt“, so Schweißingenieur Jeschke.

Zwei Schweißroboter fahren auf 60-m-Höhenfahrbahn

An einer 60 m-Höhenfahrbahn bewegen sich zwei Romat-Roboter vom Typ 350 längs und 2,5 m quer an je einem Ausleger. Damit arbeitet die Anlage pro Roboter mit sechs internen und zwei externen Achsen und erreicht alle benötigten Schweißpositionen. Durch den großen Schwenkbereich der sechs Roboterachsen ergibt sich ein kugelförmiger Arbeitsbereich von 3500 mm.

Der Romat ist trotz schlanker und kompakter Bauweise sehr steif ausgelegt. Seine digital gesteuerte Antriebstechnik, die spielfreie Lagerung der sechs Achsen und sein absolutes Wegmesssystem ermöglichen eine exakte und schnelle Positionierung, kürzeste Verfahrzeiten und hohe Bahngenauigkeiten auch bei großen Verfahrgeschwindigkeiten.

Die Wiederholgenauigkeit liegt unter 0,1 mm. Im Motor integrierte Haltebremsen arbeiten nach dem Ruhestromprinzip und verhindern auch bei Stromausfall eine ungewollte Bewegung des Roboterarms.

Schweißstromquelle und Abspulvorrichtung auf separaten Wagen

Auf einem separaten Wagen fahren pro Roboter parallel die Schweißstromquelle GLC 603 Quinto sowie die beheizte, große Abspulvorrichtung für den Schweißdraht mit. Zwei externe Kühlgeräte sorgen für die sichere Kühlung der Schweißbrenner und der beiden CST-Laser, mit der die Online-Nahterkennung und Nahtverfolgung realisiert ist. Jeder Roboter ist mit einer fest installierten Kamera ausgerüstet.

Die 6-Achsen-Roboter verschweißen im MIG-Prozess die Alustrangpressprofile mit Wandstärken zwischen 3 und 10 mm unter reiner Argon-Atmosphäre mit Stumpf- und Kehlnähten. Verwendet wird 1,6 mm Schweißdraht in der Güte SAL 5183, der von 40 kg-Großspulen über das Duo-Drive-System, das für einen sicheren und schlupffreien Drahtablauf sorgt, dem Roboter automatisch zugeführt wird. Durch die Heizung der Großspulabwickelvorrichtung wird der Draht optimal vorgewärmt und Feuchtigkeitsbildung wirkungsvoll ausgeschlossen.

Hochvakuum-Brennerabsaugung hält Arbeitsluft unbelastet

Um die Arbeitsluft in der Fertigungshalle nicht zu belasten, verfügt die Anlage über eine Hochvakuum-Brennerabsaugung. „Zur Zeit werden Baugruppen für zwei komplette Wagenkästen pro Woche auf der Anlage geschweißt“, sagt Klaus-Dieter Jeschke. Dazu ist die Anlage in Arbeitsbereiche von 2 × 21 m und 1 × 17 m unterteilt.

Während in zwei Bereichen geschweißt wird, kann der Bediener an den anderen Stellen neue Teile einlegen oder fertige Teile entnehmen. Dabei kommen pro Teil gut 200 m Schweißnahtlänge zusammen.

Robotersteuerung unterhalb des Fahrwegs platziert

Den Schaltschrank mit der Robotersteuerung Rotrol haben die Cloos-Experten platzsparend unterhalb des Fahrwegs aufgestellt. So ist er beim Handling der bis zu 20 m langen und 3 m breiten Aluteile nicht im Weg.

Das Multiprozessorsystem erreicht einen extrem kurzen Interpolationstakt und gewährleistet eine hohe Bahntreue der Roboterachsen und der extern angeschlossenen Vorrichtung. Sechzehn digitale Servoregler stehen dazu bereit. Die Einschubelektronik wird mit Schutzart IP 54 und Klimatisierung vor den Fertigungseinflüssen sicher geschützt.

In Front der Roboteranlage befinden sich eine kompakte Bedienstation sowie das Programmiergerät, über das einzelne Schweißprogramme per Knopfdruck abgerufen werden können und das den Bediener über den 8“ großen Touchscreen-Bildschirm aktuell über den Programmablauf der Anlage informiert. „Das gibt uns die nötige Flexibilität, auf die sehr unterschiedlichen Kunden einfach reagieren zu können“, resümiert Fabrikplaner Werner Weinhold, der sich jeden Tag über die mutige Entscheidung für die einzigartige Roboteranlage freuen kann. „Schließlich stimmen Fertigungsqualität, Preis und Zuverlässigkeit.“

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