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Von jetzt auf gleich auf dem neuesten Stand der Technik: Retrofit von Robotersystemen

| Autor/ Redakteur: Saskia Schmidt / M.A. Frauke Finus

Das Unternehmen Rais hat drei seiner ABB-Roboter-Schweißanlagen zusammen mit dem Systemanbieter Dinse modernisiert und so die Verfügbarkeit der Anlage gesteigert, Produktionsprozesse beschleunigt und die Schweißergebnisse verbessert – und das Ganze, ohne die Produktionsabläufe lange unterbrochen zu haben.

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Schweißung am Korpus eines Kaminofens.
Schweißung am Korpus eines Kaminofens.
(Bild: Dinse)

Das in Frederikshavn, Dänemark ansässige Unternehmen Rais entwickelt, konstruiert und fertigt Kaminöfen für den Indoor- und Outdoor-Bereich. Nahezu 90 % der Produkte werden nach Westeuropa und in die USA exportiert. Das Thema Schweißen nimmt bei der Fertigung der Stahlöfen einen zentralen Stellenwert ein. Insbesondere beim Verschweißen von Korpus und Feuerraum sind die Kriterien bezüglich der Schweißungen streng. Die Schweißnähte der Kaminöfen müssen höchsten Belastungen und Temperaturschwankungen standhalten. Darüber hinaus ist die optische Beschaffenheit der Naht sehr wichtig, da es sich bei den Kaminöfen um dekorative Elemente im häuslichen Umfeld handelt.

Rais verfügt über mehrere bis zu 22 Jahre alte Schweißroboter. „Die Roboter sind von 1996 bis 2003, funktionieren aber noch tadellos. Die Mechanik läuft. Da hatten wir nichts zu beanstanden. Wir bekamen jedoch zunehmend Probleme mit unseren Stromquellen, die teilweise genauso alt waren, wie die Roboter. Den Anforderungen in Hinblick auf Qualität und Optik, die wir heute an unsere Schweißnähte stellen, konnten sie nicht mehr gerecht werden. Auch wurde es zunehmend schwieriger, die passenden Verschleißteile zu bekommen. Kurzum: Unser Wunsch war es, neueste Schweißtechnologien nutzen zu können und die Verfügbarkeit der Anlage zu erhöhen“, erklärt Birger Jensen, Produktionsleiter bei Rais in Dänemark.

Nach umfangreichen Vorgesprächen und Testschweißungen sowohl am Roboter in Frederikshavn als auch am Standort von Dinse in Hamburg entschied sich das Unternehmen dazu, die Anlagen zusammen mit dem Systemanbieter Dinse aufzurüsten.

Robotermodelle durch Retrofit erfolgreich umgerüstet

Das Hamburger Unternehmen hat schon viele ältere Robotermodelle durch Retrofit erfolgreich umgerüstet. Interessant ist dies vor allem für Kunden, die mit ihrer Roboteranlage noch zufrieden sind, aber bessere Schweißergebnisse erzielen wollen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

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Die Anlagenexperten und Anwendungstechniker von Dinse übernehmen beim Retrofit die kundenspezifische Umrüstung der kompletten Peripherie von überholter auf modernste Schweißtechnologie. „Wir bieten eine breite Palette an Möglichkeiten, damit Betriebe auch mit ihrem alten Robotersystem neuen und veränderten Schweißanforderungen gerecht werden können. Das Spektrum umfasst ein komplettes, auf den individuellen Kundenbedarf abgestimmtes Retrofit-System von der fertig konfigurierten Stromquelle über den Drahtvorschub bis hin zur perfekt passenden Schweißgarnitur. Darüber hinaus übernehmen wir Installation, Schulung, Service und Wartung. Das heißt, wir stehen auch für Austausch, Reparatur, Fehleranalysen oder Software-Updates zur Verfügung“, erklärt Stefan Sønnichsen, technischer Berater und Sales Manager Nordic bei Dinse.

Herzstück einer Retrofit-Umrüstung ist immer die Stromquelle

Das Herzstück einer Retrofit-Umrüstung ist immer die Stromquelle: Der Power Inverter DIX PI von Dinse verfügt über die modernste Prozessor- und Inverter Technologie und viele zum Teil standardmäßig integrierte Sonderprozesse. In Hinblick auf Einbrandtiefe, Einbrandform sowie Flexibilität und Wirtschaftlichkeit der Schweißung bieten diese Prozesse entscheidende Vorteile.

Bei der Rapid MAG Technology (RMT) handelt es sich um ein Sprühlichtbogen-Verfahren, das einen extrem fokussierten und druckvollen Lichtbogen ermöglicht. Durch dessen hohe Energiedichte kann die Schweißgeschwindigkeit deutlich gesteigert werden. Damit reduziert sich auch der Wärmeeintrag ins Bauteil, was wiederum den Verzug nach dem Schweißen deutlich minimiert.

Beim Power-Puls-Schweißen wird mit zwei Drahtvorschubgeschwindigkeiten mit frei einzustellenden periodisch wechselbaren Frequenzen gearbeitet. Durch den Wechsel zwischen hohem und niedrigem Energieeintrag entsteht ein einfach zu kontrollierendes Schweißbad. Dadurch wird die Porenbildung minimiert. Eine regelmäßige Nahtschuppung und das Schweißen von optisch überzeugenden Nähten sind ganz einfach möglich.

Das wärmereduzierte HC MAG Verfahren (Heat Controlled MAG) erweitert den konventionellen Kurzlichtbogenbereich um einen Wechselstromprozess mit stufenlos gesteuerter Wärme-einbringung, der durch konstante Abschmelzleistung die Produktivität deutlich steigert.

Ergänzt wird ein Retrofit-Paket durch die passende Schweißgarnitur

Das Basismodul der DIX PI gibt es in fünf verschiedenen Leistungsstufen von 270 bis 800 Ampere für das Schweißen mit Doppeldraht. Ein Kühlmodul kann separat oder platzsparend gestapelt eingesetzt werden. Kompakte Maße und perfekte Kommunikation der Module gewährleisten eine optimale Integrierbarkeit in den Automatisierungsprozess Die Einbindung in den Daten-Bus der Stromquelle und eine gezielte Überwachung von Temperatur und Durchflussmenge sind möglich.

Die zentrale Steuereinheit PI Win rundet das Leistungspaket ab. Die Software ermöglicht die professionelle Verwaltung von Schweißparametern und Kennlinien - beste Voraussetzung für exakt reproduzierbare Schweißergebnisse. Die PI-Win-Software ist das perfekte Tool für eine offline-Programmierung. Mit drei verschiedenen Zugangsberechtigungen entscheidet der Anwender darüber, wer Veränderungen an dem System vornehmen darf. Angefangen vom Auslesen der Kennlinien und Jobs aus der Stromquelle über deren Bearbeitung, Verwaltung und Speicherung auf dem PC bis hin zum Einlesen in die Stromquelle. Das einfache Editieren von Jobs gewährleistet die optimale Anpassung der Parameter während des Schweißbetriebs. Die Prozesse laufen ohne Arbeitsunterbrechung und damit äußerst wirtschaftlich. Innerhalb der Maschinen können neben den Standardkennlinien bis zu 100 Sonderkennlinien erstellt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Software das Verwalten von bis zu 1.000 Jobs.

Ergänzt wird ein Retrofit-Paket durch die passende Schweißgarnitur. Ob klassisches Push-Verfahren mit einem Antrieb, Push-Push mit zwei entkoppelten Antriebseinheiten, Push-Pull mit zwei elektronisch gekoppelten Antrieben oder als Single Feed ohne zusätzlichen Drahtvorschub: Für jeden Anwendungsfall steht die bedarfsgerechte Art der Drahtförderung, in der gas- oder flüssiggekühlten Variante zur Verfügung. Ergänzt wird das flexible System durch individuell wählbare Automatenbrennern aus acht Baureihen mit Brennern in je drei Längen und je drei Winkel. Dank eines Leistungsspektrums von 350 bis 600 Ampere werden die Brenner-Varianten allen gängigen Herausforderungen gerecht.

Gewünscht war mehr Flexibilität

Kurz gesagt: Rais wollte mehr Schweißmöglichkeiten und Flexibilität erhalten und mit modernen Prozessen schneller, besser und kostengünstiger schweißen.

Ein Beispiel für die geänderten Anforderung von Rais: Viele moderne Kaminöfen werden in hellen Farben produziert. Bei den bisherigen Schweißungen waren die Anlauffarben am äußeren Korpus aber so stark, dass sie durch die anschließende helle Lackierung durchschienen. Damit das nicht passiert, musste Rais vor der Lackierung umfangreiche Polierarbeiten vornehmen und damit einen zusätzlichen Arbeitsschritt einplanen. Um diesen einzusparen oder zu verkürzen, verlangte der Kunden einen besonders kalten Schweißprozess und wurde beim wärmereduzierten HC MAG Verfahren fündig. Damit konnten die Anlauffarben auf ein Minimum reduziert werden.

Darüber hinaus wollten die Schweißtechniker von Rais pulsen, um schneller zu schweißen und um visuell ansprechende Sichtnähte produzieren zu können. Dies war mit den bestehenden Anlagen nicht möglich. Auch stießen die Ingenieure bei der Parameter-Justierung an die Grenzen des veralteten Equipments. „Wir wollten beispielsweise gerne mit einem Draht von 1 mm Durchmesser schweißen, da dieser in der Anschaffung deutlich günstiger ist als der 0,8 mm Draht, den wir bislang verarbeitet haben. Eine entsprechende Einstellung dazu passender Parameter war uns aber nicht möglich. Wir waren einfach in sehr vielen Punkten stark eingeschränkt“, weiß Birger Jensen zu berichten.

Der Umstieg war denkbar einfach

Nachdem alle Vorstellungen seitens Rais klar formuliert waren, ging es an die technische Umsetzung. „Der Roboter hatte lediglich eine Schnittstelle, an die wir gebunden waren – eine spannende Herausforderung. Bei unserem Power Inverter haben wir die Möglichkeit, jeden Roboter anzuschließen. So konnten wir auch diese Modelle ohne Schwierigkeiten mit der neuesten Technologie versehen“, erläutert Stefan Sønnichsen. Die Lösung für die Anbindung ist eine Schnittstellenkarte. Diese ermöglicht die Kommunikation zwischen analoger Robotersteuerung und der modernen Stromquelle. Der Roboter holt die Jobs analog ab und die Stromquelle regelt die Prozesstechnik digital. So können sämtliche Jobs und digitalen Prozessparameter genutzt werden.

Die DIX PI verfügt über eine Bus-Anbindung (zum Beispiel Ethernet, Profinet, Devicenet) für perfekte Datenkommunikation sowie einen USB-Anschluss zum schnellen, sicheren Datentransfer.

„Der Umstieg auf die neue Stromquelle inklusive Peripherie in Form von Schlauchpaket, Sicherheitsabschaltung, Halter und Pistoleneinsatz war für uns und für die Mitarbeiter, die die Anlage steuern, denkbar einfach. Wir konnten den gleichen Tool Center Point beibehalten. Das selbsterklärende intuitive Bedienkonzept der Stromquelle gewährleistet jetzt einen reibungslosen Arbeitsablauf. Die Einstellung aller Parameter zu Verfahren, Werkstoffen, Funktionen und Sonderprozessen ist mit einem Multifunktionspanel möglich“, sagt Jensen.

Die integrierte elektronische Blindstromkompensation (Power Factor Correction) der DIX PI wird dem Wunsch des Kunden nach einer besseren Energieeffizienz gerecht: Erstens können die Zuleitungsquerschnitte verringert werden, da die Blindstromaufnahme deutlich reduziert wird. Zweitens lassen sich damit Stromkosten reduzieren, da der Wirkungsgrad der Stromquelle deutlich verbessert wird.

Für die gesamte Umstellung müssen ungefähr 1,5 Tage einkalkuliert werden. Bei Rais benötigten die Retrofit-Experten einen Tag für die Montage und einen halben Tag für die Optimierung der Schweißparameter.

Retrofitting ist ein voller Erfolg

„Das Retrofitting war für uns ein voller Erfolg. Eingespielte Produktionsabläufe wurden nicht unnötig lang unterbrochen. Wir mussten die Produktion nur deutlich weniger als zwei Tage aussetzen. Die Fachmänner von Dinse haben die komplette Umstellung vor Ort vorgenommen. Da ging alles Hand-in-Hand. Der Aufbau einer neuen Anlage wäre deutlich zeitaufwändiger und in allen Instanzen auch kostspieliger gewesen. Jetzt ist unsere Anlage auf dem allerneuesten Stand der Technik. Sie läuft absolut stabil. Retrofit war für uns also die perfekte Alternative zur kompletten Neuanschaffung“, resümiert Jensen. „Die schnelle Prozessregelung führt zu reproduzierbaren Schweißergebnissen und höherer Prozessgeschwindigkeit. Durch die Erstellung individueller Kennlinien lassen sich unsere Anwendungen effizienter gestalten. Wir haben die Einsatzbereiche deutlich erweitert, schweißen besser, spritzerarmer und mit weniger Anlauffarben. Die Nachbearbeitung der Schweißnähte hat sich dadurch um 60% reduziert, wir sparen dadurch Arbeitszeit. Wir haben jetzt mehr Flexibilität bei der Auswahl des Zusatzwerkstoffes, können diesen günstiger einkaufen und senken dadurch Produktionskosten. Auch für die Zukunft haben wir mit Dinse einen erfahrenen, lokalen Ansprechpartner, der uns optimal berät. Das zahlt sich aus“, schwärmt der Produktionsleiter.

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