Ein Arc-Mate-Roboter in der Produktion von Lastaufnahmemitteln.
Foto: Fanuc

Schweißen

Lastaufnahmemittel sicher schweißen

Sichere Schweißnähte sind überall gefragt, auch beim Lastaufnahmemittel-Hersteller Axzion. Die Greifelemente des Unternehmens bewältigen bis über 1.000 t.

von Bernhard Foitzik

Wenn die Lastaufnahmemittel von Axzion im Einsatz sind, darf nichts schief gehen. Denn hunderte von Tonnen schwere Gründungspfeiler von Offshore-Windkraftanlagen müssen sicher auf dem Meeresboden abgesetzt werden. Eine zweite Chance gibt es da nicht. Die Schweißnähte dieser Greifelemente zieht ein vergleichsweise schmächtiger Arc Mate-Roboter von Fanuc. Gegenüber dem Handschweißen liegt der Einspar-Effekt deutlich im zweistelligen Prozentbereich. Ray Baumann, Schweißfachingenieur bei Axzion in Neustrelitz: „Unsere Leasingrate für die Anlage holen wir jedenfalls locker wieder rein.“

Lastaufnahmemittel für die wirklich dicken Brocken

Das Werk Neustrelitz, genauer gesagt die Axzion GKS Stahl + Maschinenbau, gehört seit 2011 zur Axzion-Gruppe, die ihre Zentrale in Langenfeld hat und wiederum zur Spanset-Gruppe, Zürich, gehört. Ein interessantes Detail der Firmengeschichte: Spanset-Gründer und Gesellschafter Erik Ehnimb gelang mit der Erfindung des Sicherheitsgurtes, erstmals in einem Volvo eingebaut, ein Meilenstein der Automobilgeschichte.

Kernpunkte der Produktion in Neustrelitz sind Lastaufnahmemittel und Transportgestelle mit großen Dimensionen. Solche Gestelle werden beispielsweise benötigt, um Rotorblätter für Windkraftanlagen on- und offshore sicher zu transportieren. Spektakulär sind die Greifer, mit denen Rohre zur Gründung von Offshore-Windrädern vom Transportschiff gehoben und an der „Baustelle“ platziert werden. Diese Rohre haben Durchmesser von maximal 6 m und eine Länge von 30, 40 oder gar 60 m. Die passenden Lastaufnahmemittel sind oft Einzelstücke, deren Qualität den Neustrelitzern einen guten Ruf eingebracht haben. Ungefähr 40 % der Produktion entfallen auf derartige Sonderkonstruktionen und Einzelstücke, die restlichen 60 % auf klassische Traversen und Wiederholaufträge. Entwicklung, Konstruktion und Fertigung hat Axzion nicht zuletzt wegen der erforderlichen Zertifikate bis zur Execution Class 3 im eigenen Haus.

Systemintegrator mit freier Hand

Nachdem bereits früher Erfahrungen mit einem Schweißroboter vorlagen, hat sich Axzion 2016 eine neue Anlage vom Berliner Systemintegrator H. Euen GmbH schweißtechnische Geräte umsetzen lassen. Vorgaben machte Axzion nur wenige: Es sollte eine Portalanlage zum Schweißen von Bauteilen bis 10 m Länge und für Stückgewichte bis 5.000 kg sein. Andreas Euen: „Portalanlagen sind unser täglich Brot. Und das Bauteilspektrum bei Axzion gibt eigentlich auch keine andere Anlage her.“ Und Euen setzt gerne auf bewährte Standardkomponenten. Aber: „An den entscheidenden Stellen sind unsere Anlagen immer exakt auf den Bedarf des Kunden zugeschnitten.“

Das vom Handschweißen her bewährte EWM-Verfahren forceArc sollte auch beim automatisierten Schweißen genutzt werden. Ein Vorteil, denn alle Zulassungen für Schweißverfahren mit Fanuc-System wurden mit EWM-Stromquellen erreicht und die entsprechenden Prozesse auditiert. Zudem sollte der Roboter sowohl mit Einzeldraht- als auch mit Tandembrenner arbeiten und „im Paket sollte auch die Möglichkeit der Offline-Programmierung drin sein“ betont Ray Baumann.

Für den Roboter hat der Systemintegrator Euren den Arc Mate 120iC/12L, also in der Langarmversion mit 2009 mm Reichweite gewählt. Die darin eingesetzte Software-Option „ARC Tool“ ist auf dem neuesten Stand. Baumann: „Sicherheit gab uns zusätzlich, dass Fanuc der weltweit größte Hersteller ist. Ansonsten haben wir der Expertise von Euen vertraut.“

Der Roboter hängt an einer Verfahrachse mit zehn Metern Verfahrweg. Entsprechend groß ist der Positionierer, auf dem gespannte Werkstücke auch gedreht werden können. Verfahr- und Drehachse sind als Servoachse direkt in die Robotersteuerung integriert und können von der Steuerung R-30iB geregelt werden. Eine Spezialität von Euen ist die Präzision, mit der die Verfahrachse über den gesamten Verfahrweg arbeitet. Grund ist vor allem das Zusammenspiel von schrägverzahnter Zahnstange, einem spielfrei eingepassten Ritzel und einem hochwertigen Getriebe.

Präzise positionieren

Als sehr tricky stuft Ray Baumann die Regelung der Werkstück-Drehachse ein. Selbst bei außerhalb der Drehachse liegendem Schwerpunkt dreht die Achse völlig gleichmäßig, sodass auch der Schweißroboter seine Arbeit sehr gleichmäßig verrichten kann. Werkstücke mit einem Stückgewicht von bis zu 5.000 kg können auf der Anlage geschweißt werden. Baumann: „Wir schweißen keine Zwangspositionen.“ Nahezu alle Schweißnähte werden in PA- und PB-Position geschweißt. Dazu wird am Roboter ein Einzeldrahtbrenner oder ein Tandembrenner verwendet, die in einer Wechselvorrichtung auf dem Portal platziert sind. Dazu gibt es zwei entsprechende Brenner-Reinigungsstationen. Eine Brennerreinigung findet beim Tandembrenner etwa einmal pro Stunde statt.

Per Hallenkran kommt das vorgeheftete Werkstück auf den Drehtisch. Unterschiedliche Aufnahmen, Zwingen und Spannelemente halten das Werkstück so, dass verzugsfrei geschweißt werden kann. Um wirklich sicher zu gehen, setzt Bediener und Schweißfachmann Ronny Hahn auch schon mal einen Schweißpunkt zusätzlich. Schließlich darf dem Roboter der freie Zugang zum Werkstück nicht durch Spannelemente erschwert werden. Und der Bediener muss für eine robotergerechte Aufspannung sorgen, sodass der Roboter mit einem möglichst optimalen Anstellwinkel des Brenners die Schweißnaht erreicht.

Schweißen dicker Bleche mit Vorwärmung

Dickere Bleche – das sind bei Axzion Bleche über 30 mm – werden auf 100° C bis 130° C vorgewärmt. Ray Baumann: „Mehr und mehr gehen wir den Weg, thermomechanisch vorgewalzte Stähle einzusetzen.“ Das habe den Vorteil, dass solche Bleche bis zu einer Blechdicke von 50 oder 60 mm nicht vorgewärmt werden müssen. „Das kommt uns beim automatisierten Schweißen sehr entgegen.“

Die Abschmelzleistung mit Eindraht-Brenner liegt bei gut 5 kg Draht pro Stunde. Mit dem Tandem-Brenner schafft der Roboter bei Drahtvorschubgeschwindigkeiten zwischen 11 und 13 m/s bis zu 11 kg pro Stunde. Sehr gute Schweißer kommen pro Schicht auf 15 kg.

Einfache Traversen werden inzwischen vollautomatisch und ohne Aufsicht geschweißt. Im Übrigen würde der erfahrene Ronny Hahn schon am Geräusch des Brenners hören, sollte etwas nicht stimmen.

Was aber heißt „einfach“ bei Axzion? „Viele Meter gerade Schweißnaht und ein möglicher Automatisierungsanteil von 85 Prozent“ hält Ray Baumann für optimal. „Und der Programmieranteil sollte nicht mehr als 20 Prozent der Prozesszeit ausmachen.“ Nur wenn mehrere gleiche Teile geschweißt würden, lohne sich ein höherer Aufwand.

Während auf einem Teil der Anlage der Roboter arbeitet, kann bei nicht allzu großen Bauteilen auf dem anderen Teil der Anlage gerüstet oder das nächste Werkstück geheftet werden.

Ganz ohne Fachmann geht es nicht

Manchmal braucht der Arc-Mate-Roboter von Fanuc noch ein bisschen Unterstützung und die Aufsicht Hahns. Durch die Schweißerbrille den Prozess beobachtend, kann er hier und da den Brennerwinkel besser anstellen oder über das Programmierhandgerät iPendant dem Nahtverfolgungssensor nachhelfen.

Bleibt die Frage, ob eine Anlage mit diesem Verfahrweg nicht von vornherein als Dualarm-Anlage mit zwei Robotern hätte ausgerüstet werden können? Bei großen Bauteilen ließe sich durch das parallele Schweißen zweier Roboter die gesamte Bearbeitungszeit erheblich verkürzen. Über diese Vaiante sei im Vorfeld diskutiert worden, räumt Ray Baumann ein: „An unserer Anlage lässt sich einiges nachrüsten. Wir wollen jetzt aber erst einmal weitere Erfahrungen sammeln und Sicherheit gewinnen. Dann machen wir den nächsten Schritt.“ Ein Ausbau, so Baumann, sei nicht ausgeschlossen. Anders als beim reinen Roboterhandling, brauche man schließlich auch Bedienpersonal, das sowohl vom Programmieren als auch vom Schweißen etwas verstehen.

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