In der Blechfertigung bei Trumpf in Pasching werden die Maschinenrahmen der TruBEND 7000er-Abkantpressen-Serie in einer Roboterzelle von Motoman mit Schweißequipment von Fronius automatisiert geschweißt. Zur Schweißausrüstung dieser Anlage gehört auch eine automatische Drahtwechselstation, ein Prototyp von Fronius, mit der sehr flexibel zwei verschiedene Schweißdrahtarten verwendet werden können. Dadurch lassen sich in dieser Zelle auch Edelstahlteile einfach schweißen.

Eine Wandmontage des Roboters mit einer Portalfahrbahn stellte sich als die geeignetste Variante für diese Anwendung heraus.

Eine Wandmontage des Roboters mit einer Portalfahrbahn stellte sich als die...

Trumpf Maschinen Austria entwickelt und produziert im oberösterreichischen Pasching Abkantpressen der TruBend-Baureihen 3000, 5000 und 7000, den BendMaster und lasergehärtete Abkantwerkzeuge. Für die 7000er-Serie werden sämtliche Blechteile in der eigenen Blechfertigung gefertigt. Da die manuelle Schweißzeit für einen Maschinenrahmen mit 10 Stunden jedoch zu lange dauerte, war es Ziel der beiden Verantwortlichen Thomas Reiter, Produktionsbereichsleiter bei Trumpf und DI (FH) Wolfgang Aigner, Projektingenieur bei Trumpf, durch eine automatisierte Schweißlösung die Produktivität zu steigern.

Eine weitere Anforderung an die Anlage war, dass neben zwei verschiedenen Maschinenrahmenteilen aus 120 mm Stahlblech sowohl Feinblechteile wie Gehäuseabdeckungen als auch Edelstahlteile geschweißt werden konnten. „Wir suchten eine Universal-Roboterschweißzelle, um verschiedene Materialien und Blechstärken mit unterschiedlichen Qualitätsanforderungen verarbeiten zu können“, erklärt Wolfgang Aigner.

Flexibilität gefragt

Eine geeignete Schweißausrüstung wurde schnell beim langjährigen Partner Fronius gefunden. Die CMT-Verfahrensvariante Puls-Mix des Welser Schweißtechnik-Spezialisten ermöglicht das Schweißen von dicken Blechstärken sowie von Dünnblechen. Diese Verfahrensvariante realisiert die Kombination des CMT-Prozesses mit dem klassischen Impulslichtbogen und wirkt mit seiner gezielten, variabel einstellbaren Zugabe von Takten des Impulslichtbogens wie ein Turbolader für CMT und sorgt so für einen markant erweiterten Leistungsbereich bis weit über 300 Ampere. Dünnbleche können im reinen CMT-Modus geschweißt werden, bei dem sich nach wie vor alle Vorteile des „kalten“ Metalltransfers nutzen lassen.

Um auch das Schweißen von Edelstahlbauteilen mit einem anderen Zusatzwerkstoff, jedoch in der gleichen Zelle, umsetzen zu können, schlug Fronius die Verwendung eines Prototyps, ihrer automatischen Drahtwechselstation, vor. „Im Vorfeld wurden bei Fronius Schweißversuche an unseren Bauteilen durchgeführt, bei denen wir feststellen konnten, dass dieses Schweißverfahren für unsere Anforderungen ausgezeichnet funktioniert. Der große Vorteil dieser Lösung ist, dass alle unterschiedlichen Bauteile aufgrund des automatischen Drahtwechselsystems mit nur einem Brenner und einem Schlauchpaket geschweißt werden können“, meint dazu Wolfgang Aigner. „Dieses System erleichtert das Umrüsten des Schweißdrahtes erheblich. Es ist kein Handling der 200 kg schweren Drahtfässer notwendig“, ergänzt Thomas Reiter.

Jetzt musste nur noch eine dazu passende Roboterzelle gefunden werden. Hier fiel die Entscheidung auf eine Lösung des Roboterherstellers Motoman, der sehr genau auf die Wünsche und Anforderungen von Trumpf einging. „Die Systeme sind bei Motoman sehr modular aufgebaut, so dass man sich sozusagen wie aus einem Katalog für die geeigneten Module entscheiden kann“, so der Produktionsbereichsleiter von Trumpf.

Optimale Lösung durch Simulation

Als Basis der Roboterzelle wurde ein H-Positioniertisch ausgewählt, den die Konstrukteure von Motoman seit 25 Jahren permanent weiterentwickeln. Der 2-Stationen-Positionierer verfügt über eine Tragkraft von 2.000 kg und einer Spitzenweite von 3,5 m mit 2 m Drehdurchmesser. Dazu hat man sich für einen Universalroboter des Typs HP20-6 mit einem dünnen, ausladenden Arm entschieden, an dem der CMT-Schweißbrenner von Fronius platziert wurde. Weiters wurde in der Zelle durch Verwendung einer Fahrbahn zu den sechs Achsen des Roboters eine weitere 7. Achse generiert. Um den Bauteil synchron mit dem Roboter bewegen zu können, besitzt der Positioniertisch selbst noch weitere drei Achsen, die beispielsweise beim Rundnahtschweißen sehr wichtig sind. „Anhand einer Zugängigkeitsuntersuchung in der Simulationsphase haben wir herausgefunden, dass eine Wandmontage des Roboters mit einer Portalfahrbahn die geeignetste Variante für diese Anwendung ist“, erläutert Johann Bauer, Vertriebsingenieur bei Motoman Österreich. Dadurch konnte eine optimale Zugängigkeit des Roboters an alle unterschiedlichen Bauteile gewährleistet werden. Für die Schweißrauchabsaugung ist eine Absaughaube am Portal montiert, die an eine stationäre Absauganlage der Firma Aigner angeschlossen ist. „Entscheidend bei solchen Projekten ist es, sich auf die Bauteile des Kunden zu konzentrieren und somit für die Fertigung dieser Teile eine optimale Automatisierungslösung zu bauen“, beschreibt Johann Bauer die Philosophie von Motoman.

Bewährtes und Neues

Geschweißt wird in der Roboterzelle mit einer TPS 5000 CMT Schweißmaschine von Fronius mit der CMT-Verfahrensvariante Puls-Mix. „Dieser Mix aus CMT-Prozess und dem klassischen Impulslichtbogen kann ganz gezielt an die Aufgabenstellung des Kunden angepasst werden, ob Dünnblech oder dickes Stahlblech“, ist DI Dr. Herbert Staufer, Forschung & Entwicklung bei Fronius, von diesem Verfahren überzeugt.

Um in der Roboterzelle mit zwei unterschiedlichen Drahtqualitäten schweißen zu können, ist ein bereits erwähnter Prototyp einer automatischen Drahtwechselstation von Fronius in Verwendung. Der Wechselvorgang erfolgt in ca. einer Minute, in der synchrone Servicearbeiten vorgenommen werden können. Es ist kein zeitaufwendiges, manuelles Drahtwechseln und kein Abstellen der Anlage mehr erforderlich. „Pro Maschinenrahmen werden übrigens 7 kg Schweißdraht benötigt“, erwähnt Wolfgang Aigner noch am Rande. In einer Brennerreinigungsstation entfernt ein Fräser die Spritzer von der Schweißdüse.

Die Schweißvorrichtung für die Zelle hat Trumpf entwickelt. „Die Hauptschwierigkeit dabei war, dass die Vorrichtung den Bauteilen entsprechend schwer ausgeführt werden musste ohne die Zugängigkeit zum Bauteil für den Roboter zu beeinträchtigen. Das Schweißen von beiden Maschinenrahmen mit nur einer Vorrichtung konnten wir auch lösen. Die Umrüstzeit der Vorrichtung vom kleinen auf den großen Rahmen dauert lediglich 15 Minuten“, ist Thomas Reiter mit der Eigenentwicklung zufrieden.

Hohe Produktivität des Zwei-Stationenbetriebes

Nach einer dreimonatigen Optimierungsphase konnte die Schweißzeit eines Maschinenrahmens auf inzwischen 1 1/4 Stunden reduziert werden. „Das manuelle Schweißen des gleichen Teiles hat im Vergleich 10 Stunden gedauert. Das ist eine enorme Produktivitätssteigerung“, so Wolfgang Aigner. Während der Roboter einen Teil in der Zelle schweißt, kann im Zwei-Stationenbetrieb bereits wieder gerüstet werden. „Die Einlege- und Heftzeiten an einer Seite des Tisches liegen momentan bei ca. 70 Minuten, dauern also etwa gleich lange wie die Roboterschweißzeiten“, fährt Thomas Reiter fort.

Um die Rüstzeit weiter zu optimieren, entwickelte Trumpf für diese Anlage Mehrwegpaletten, in denen die Maschinenrahmen genauso zur Zelle angeliefert werden können, wie man sie dort benötigt. Die Teile müssen nicht mehr gedreht werden, sondern lassen sich genauso in die Vorrichtung einlegen, wie sie ankommen. Laut den beiden Verantwortlichen konnten damit ca. 50 Prozent des Kranweges eingespart werden. „Auch die Flexibilität des Drehtisches kann für das Rüsten genützt werden. Man dreht den Tisch um 90° und kann den Bauteil anschließend waagrecht einlegen“, erklärt Johann Bauer.

Teamwork war gefragt

Für einen positiven Ausgang eines solchen Projektes war selbstverständlich Teamwork der beteiligten Unternehmen Motoman, Fronius und Trumpf gefragt. „Die Zusammenarbeit mit Fronius und Motoman war bei der Realisierung dieser Zelle hervorragend“, sind sich Thomas Reiter und Wolfgang Aigner einig. „Für uns ist es besonders wertvoll, beobachten zu können, wie unser Prototyp in der Praxis läuft. Wir können an dieser Zelle noch sehr viel lernen und freuen uns, dass dieses Projekt so zustande gekommen ist“, fährt Herbert Staufer fort. „Man hat gemerkt, dass die beteiligten Unternehmen Trumpf, Fronius und Motoman gemeinsam an einem Strang ziehen. Nur so sind solch ausgezeichnete Ergebnisse möglich“, ist Johann Bauer zum Abschluss voll des Lobes.