Nach Kuka werdenBearbeitungsprozesse zukünftig auch im Rohrbereich verstärkt von Robotern ausgeführt.

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Tube 2018: Roboter in der Rohrbearbeitung

Roboter übernehmen das Schweißen, Biegen, Trennen, den Transfer und die Ablage von Rohren. Durch künstliche Intelligenz werden Roboter zukünftig noch flexibler.

Roboter sind in der kamerakontrollierten, vollelektrischen Fertigungszelle von Transfluid Maschinenbau ein zentraler Baustein des in der vollautomatischen Fertigung von Klimaleitungen. Neben dem Kamerakontrollsystem verfügt die Bearbeitungsanlage über ein Magazin, ein 4-Achsen-Handlingsystem, zwei Kombinationsmaschinen zur Rohrumformung, eine Biegemaschine, eine Anfaseinheit, einen Nadeldrucker und zwei Roboter. Der zuständige Mitarbeiter kontrolliert am Bildschirm die Informationen zu Energieverbrauch, CPK-Wert und Stückzahl der bisher bearbeiteten Rohre.

Dabei sind die Aufgaben innerhalb der Fertigungszelle nicht einfach: Ein Ende des Rohres wird vor dem Biegevorgang umgeformt, während das zweite Rohrende nach dem Biegevorgang beschnitten und ebenfalls umgeformt wird. Falls erforderlich, lässt der Roboter das bearbeitete Rohr an der Entgratvorrichtung noch bearbeiten, wobei beide Rohrenden mithilfe der Kamera optisch kontrolliert werden. Über eine Umformanlage mit Rundtakttisch könnten darüber hinaus zwei Rohre über einen Flansch verbunden werden.

Roboter haben sich bei der Rohrbearbeitung bewährt. Sie „sorgen für kontrolliertes Handling“, betont Stefanie Flaeper, Geschäftsführerin von Transfluid. Ein Roboter sei optimal für die Fertigung von gebogenen Bauteilen geeignet. „Dagegen haben sie eher eine geringe Bedeutung beim Handling langer und gerader Rohre. Hier sind Linearsysteme schneller.“ Vor allem in der Verarbeitung sind Roboter weit verbreitet, „weil hier komplexe Handlingaufgaben oder relativ schwere Bauteile manipuliert werden müssen.“

Im Schweißeinsatz

Bei Polysoude wird ein Roboter beispielsweise eingesetzt, wenn es darum geht den Brenner für das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) an Rohren selbst unter beengten Platzverhältnissen zu führen. Dadurch werde dank der Präzision und Reproduzierbarkeit der Bewegungsabläufe selbst bei komplexen Geometrien eine qualitativ hochwertige Naht erreicht“, erläutert Hans-Peter Mariner, Geschäftsführer von Polysoude. Zum Hintergrund sei erwähnt, dass Roboter in der Schweißtechnik zwar weit verbreitet sind, allerdings kaum im Bereich WIG-Schweißen. Das WIG werde „so gut wie überhaupt nicht in Verbindung mit Engspalt-Schweißen und Rohr-in-Boden-Schweißen“ eingesetzt. Der Grund hierfür sind gesetzliche Auflagen wie die vorgeschriebene abgeschirmte Zone ohne Zugang für den Bediener. Polysoude ermöglicht den Einsatz von Robotern beim WIG-Schweißen.

Die eingesetzten Roboter sollten „beim WIG-Schweißen selbst unter Volllast eine Präzisison im Bereich von 5/10 mm erreichen, sagt Mariner. Außerdem „gilt der Anspruch auf einfache Programmierung und Verfügbarkeit von Sensorik, insbesondere intelligente Nachverfolgung.“

Zu einer gewissen Bekanntheit gelangte das Roboter-WIG-Schweißen mit dem Iter-Projekt (International Thermonuclear Experimental Reactor). Iter soll zeigen, dass die Fusion als Energiequelle ohne CO2-Emissionen in großem Umfang zur Stromerzeugung dienen kann. Institute aus 35 Ländern beteiligen sich an dem Projekt mit der geplanten Kernfusionskammer „Tokamaks“.

Polysoude lieferte dafür eine Roboterschweißanlage an die italienische Firma Simic, die damit eine für Iter bestimmte Radialplatten aus rostfreiem Stahl mit einer Wanddicke von 100 mm schweißen will. Geschweißt wird vor Ort in Südfrankreich, wobei eine Null-Fehler-Qualität gefordert ist. Gewählt wurde dazu das WIG-Heißdraht-Engspaltschweißverfahren, um Teile mit diesen Wanddicken zu fügen.

Im Iter-Projekt wird seit 2007 beim französischen Kernforschungszentrum Cadarache gebaut. In Funktion sollen in der Fusionskammer „Tokamaks“, die von supraleitenden Magneten umgeben ist, die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium auf 100 Millionen Grad Celsius gebracht werden und miteinander verschmelzen. Diese Kernfusion entspricht dann dem Prozess, der die Sonne zum Strahlen bringt. Befürworter sehen in der Kernfusion eine effektive Form der Energieerzeugung, da es zu einer zehnfachen Leistungsverstärkung kommen soll. Obendrein gilt sie als eine Energiequelle ohne CO2-Emissionen und nahezu ohne strahlenden Abfall. Etwa 2025 soll erstmals ein Wasserstoffplasma erzeugt werden.

Roboter bei der Bearbeitung

Die Kombination macht’s mitunter. Mit „Twister“ entwickelte Wafios ein Biegesystem, das auch bei Rohr-Schlauch-Kombinationen einsetzbar ist. Wafios verbindet das System mit einem Kuka-Roboter zwecks Produktivitätssteigerung – verbunden mit einer denkbar einfachen Bedienung. Kuka, Hersteller von Robotern, sieht seit einigen Jahren einen stetig wachsenden Markt für Roboterbearbeitung.

Bisher standen vor allem Bearbeitungsprozesse mit relativ niedrigen Genauigkeitsansprüchen im Fokus. Hier kam entweder über das Prozesswerkzeug ein genauigkeitsausgleichendes Element – Polierscheibe, Schleifkopf, auslenkbare Entgratspindel – in die Prozesskette, oder die Bearbeitungsgenauigkeiten waren mehr oder weniger irrelevant. „Diese Bearbeitungsprozesse werden heute noch oftmals von Menschen ausgeführt, aber infolge zunehmenden Kostendrucks, gleichmäßiger Qualitätsanforderungen oder mangels personeller Ressourcen zunehmend maschinell und automatisiert umgesetzt“, prognostiziert Alexander Bay, Marktsegment Manager CNC/Machining bei Kuka Roboter.

Zukunftsmarkt China

Eine Entwicklung, auf die sich Kuka eingestellt hat. Die General Industry wächst sehr stark, und das vor allem außerhalb Deutschlands. „Dazu muss man nur den Elektronikmarkt betrachten, der ein enormes Wachstumspotenzial für die Automatisierung bietet“, so Bay. Das gebe es insbesondere in Asien. Die Fokussierung auf die General Industry gehe Hand in Hand mit der verstärkten Internationalisierung. Deutschland ist und bleibt für Kuka ein wichtiger Markt für roboterbasierte Automatisierungslösungen. „Aber wir sehen auch, dass die großen Wachstumsmärkte der Zukunft außerhalb Deutschlands und Europas liegen. Deswegen fokussieren wir uns vor allem auf den asiatischen Raum und dort insbesondere auf China, dem Land, das auch laut der International Federation of Robotics (IFR) der größte und am schnellsten wachsende Markt für Industrieroboter ist.“

Das Reich der Mitte gilt aus gutem Grund als der Zukunftsmarkt für die Robotik. Schon heute ist er der mit Abstand größte Absatzmarkt für Industrierobotik – und zeichnet sich durch sehr hohe Wachstumsraten aus. In drei Jahren erwartet die International Federation of Robotics, dass der Jahresabsatz an Industrierobotern in China auf 160.000 Stück anwächst – dies sollte dann knapp 40 % des globalen Absatzes entsprechen.

Fräsen riesiger Rohre

Auch der zunehmend attraktivere Markt der Kunststoffrohre ist Kuka wichtig. So lieferte das Unternehmen nicht nur den Kuka 120 R2700 extra HA Roboter, sondern auch die Lineareinheit KL 1500-3 T, zwei Kuka Servo Motoren MG 360 für die externe Drehachse sowie die Steuerung Kuka CNC. Die Anlagen sind Teil einer von Eugen Riexinger entwickelten vollständig integrierten Automatisierungslösung zur Herstellung von Rohren für den Weholite-Lizenznehmer Asset International Ltd. im südwalisischen Newport. Die Automatisierungslösung ermöglicht das präzise Fräsen riesiger Rohre mit einem Durchmesser bis zu 3,5 m.

Zum Einsatz kommen diese überdimensionalen Rohre unter anderem in der Schwerkraftkanalisation, bei der Entwässerung, in unterirdischen Kanälen, Rückhaltebeckensystemen oder Niederdruckanwendungen. Dank der Barrierefreiheit der Anlage kann der Roboter auf der Lineareinheit direkt an das zu bearbeitende Kunststoffrohr heranfahren und dann das Bauteil flexibel nach Bedarf bearbeiten. „Die Lösung hat dafür gesorgt, dass wir die Produktivität signifikant steigern konnten“, freut sich Graham Bennett, Operation Manager bei Asset International. Bei kürzeren Fertigungszeiten habe man die Kapazitäten um mehr als 50 % erhöht.

Roboter – der Kollege der Zukunft

Keine Frage, der Einsatz von Robotern besitzt bereits heute ein großes Leistungsvermögen: Überall da, wo Mitarbeiter qualitativen Einfluss auf Produkte nehmen können, ist das Potential auch sehr hoch. Als ein wichtiger Treiber bei der Roboter-Anwendung gilt der Automotive-Sektor.

Und ein Ende der Entfaltung des Potenzials ist nicht in Sicht. So waren Roboter bisher vor allem repetitiv und haben mit der immer gleichen Präzision und Wiederholgenauigkeit gearbeitet. „Die Anforderungen der Zukunft sind andere – gerade im Bereich professioneller Servicerobotik und Servicerobotik“, erklärt Alexander Bay, Marktsegment Manager CNC/Machining bei Kuka Roboter. „Wenn Roboter in andere Bereiche vordringen wollen, müssen sie flexibler werden. Dabei kann maschinelles Lernen helfen.“

Teil von Industrie 4.0

Roboter werden zunehmend auch Teil von Industrie 4.0. Der Roboter als flexibles Produktionselement wird dabei in der Lage sein, Daten in der Produktion zu sammeln und diese mit den IT-Systemen auszutauschen. Bay: „Produktionsabläufe werden dadurch noch effizienter und die Systeme können schnell auf individualisierte Kundenwünsche reagieren.“

Ein weiterer Trend ist die Vereinfachung der Programmierung. „Des Weiteren die Online-Verknüpfung der Roboter, um Daten aus externen Systemen, zum Beispiel CAD, übernehmen zu können“, ergänzt Stefanie Flaeper, Geschäftsführerin bei Transfluid. Eine Herausforderung sei es, die Roboter auch für sehr kleine Produktionsgrößen einsetzen zu können, was heute nur bedingt möglich sei.

Industrie und privates Umfeld

Großes Potential für die Zukunft sieht Kuka in den Bereichen 3C, Logistik und Service- bzw. Consumer-Robotik. Außerdem wandere, so Bay weiter, Robotik von dem sehr geordneten Umfeld der industriellen Produktion in das „chaotischere“ private Umfeld. Künstliche Intelligenz helfe dabei, Robotersysteme auf Unwägbarkeiten und Veränderungen einzustellen.

Sicher ist auf jeden Fall: „Roboter werden näher an den Menschen rücken, das heißt Roboter werden noch mehr Aufgaben von Menschen übernehmen, die Menschen unterstützen, um bestimmte schwierige Aufgaben umzusetzen“, ist sich Transfluid-Geschäftsführerin Flaeper sicher. „Interessant wäre es auch, wenn der Roboter sehr präzise die Bewegung eines Menschen in einem Produktionsprozess nachahmen könnte, ohne programmiert werden zu müssen.“ Mensch und Roboter Seite an Seite, sozusagen. Die Generation R übernimmt.

Rohrbearbeitung

Automatisierungskonzepte für das Rohrbiegen

Bei der Automatisierung der Rohrbearbeitung arbeitet Transfluid mit unterschiedlichen Konzepten, je nach Anwendungsfall: Vom Roboter als Handlingsystem über Roboter, die selbst mit einem Biegekopf ausgestattet sind, bis zu speziellen Linearsystemen für schnelles Handling.

Rohrbearbeitung

Automatisierte Systeme für chaotische Rohrbearbeitung

Für die Bearbeitung einer Vielfalt an Rohrgeometrien und -durchmessern haben die Experten von Transfluid im Rahmen unterschiedlicher Projekte spezielle Automationssysteme entwickelt, die eine chaotische Fertigung umsetzen.

Software

Rohrbiegen: Smarte Software für zuverlässige Prozesse

In zwei Varianten sorgt die aktuelle t-project-Software von Transfluid für mehr Produktionssicherheit und Effizienz beim Rohrbiegen.

Automatisierung

Mit kollaborativen Robotern zu einer effizienteren Produktion

Mit Robotern, die Hand in Hand mit dem Menschen arbeiten, wird die Produktion flexibler, Zykluszeiten verkürzen sich und Mitarbeiter werden entlastet.