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Automatisiertes Schweißen für sicheren Staplerbetrieb

Automatisiertes Schweißen für sicheren Staplerbetrieb

Technik/Schweißen

Im Stammwerk Moosburg der Jungheinrich AG werden Gegengewichtsstapler gebaut und im Moosburger Industriegebiet Degernpoint, im vielleicht modernsten Werk für Lager- und Systemfahrzeuge, Systemgeräte für innerbetriebliche Logistikprozesse.

04. Dezember 2017
In der IGM-Schweißzelle in Degernpoint schweißen zwei Roboter gleichzeitig einen Fahrzeugrahmen. Damit immer in der qualitätssichernden Wannenlage geschweißt wird, ist der IGM-Manipulator bei diesem Großteil zusätzlich mit einem Höhenfahrwerk ausgerüstet. Bild: Peter Springfeld
Bild 1: Automatisiertes Schweißen für sicheren Staplerbetrieb
(In der IGM-Schweißzelle in Degernpoint schweißen zwei Roboter gleichzeitig einen Fahrzeugrahmen. Damit immer in der qualitätssichernden Wannenlage geschweißt wird, ist der IGM-Manipulator bei diesem Großteil zusätzlich mit einem Höhenfahrwerk ausgerüstet. Bild: Peter Springfeld)

Als einer der Gradmesser für die Qualität und die Leistungsstärke der Jungheinrich-Flurförderzeuge lässt sich die hohe Exportrate heranziehen: Auf die Moosburger Werke bezogen liegt sie bei etwa 90 Prozent. Pro Jahr werden rund 22.000 Gegengewichtsstapler gebaut und in Degernpoint 3.400 Lager- und Systemfahrzeuge.

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Gefertigt wird nach Kundenwunsch, was zum Teil eine Fertigung von Losgröße 1 bei hoher Effizienz bedeutet. Zu den Highlights zählen automatische Hochregalstapler, die Lasten auf eine Lagerfachhöhe von 17 Metern ablegen.

»Die im Moosburger Stammwerk gefertigten Gegengewichtsstapler werden wunschgemäß mit Elektro- oder Verbrennungsmotoren ausgestattet«, erklärt Bernhard Petermaier, stellvertretender Leiter Werksdienste, zu dessen Aufgaben die Planung von Anlagen und Einrichtungen gehören.

Optimierter Fertigungsfluss

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Bernhard Petermaier erläutert weiter: »Wir haben unsere Fertigung sowohl in Moosburg als auch in Degernpoint so aufgebaut, dass wir weitestgehend ohne Rüstzeiten fertigen. Dabei ist die Fertigungstiefe in Degernpoint höher als im Stammwerk.« Generell werden die zu bearbeitenden Stahlteile und die Schienen für die Hubmasten aus einem automatisch arbeitenden Lager den Sägen oder den Laserschneidanlagen zugeführt. Es folgt im Stammwerk das automatische Fräsen. Rüstzeiten, außer Werkzeugwechsel bei Verschleiß, fallen nicht an, da nur die Enden selbst bei unterschiedlich langen Schienen in gleicher Weise bearbeitet werden. In Degernpoint gibt es noch die mechanischen Bearbeitungstechnologien Drehen und Biegen für die Fertigung von Kleinteilen für Masten, Rahmen und Fahrerstand.

Nach der Kommissionierung der zu verschweißenden Teile und Baugruppen werden die zu fügenden Teile positionsgerecht gespannt und geheftet. Die gehefteten Baugruppen werden in die IGM-Werkstückpositionierer eingespannt und dort automatisch geschweißt. »Gerade für die Baugruppen, die am härtesten beansprucht werden und für die Sicherheit der Jungheinrich-Fahrzeuge unmittelbar notwendig sind«, bekundet Bernhard Petermaier, »realisieren wir hohe Qualitätsstandards durch das automatisierte Schweißen in den IGM-Roboterzellen. Dort fertigen wir Hubmaste, Chassis, Fahrerplattformen und Hubzylinder.«

Seit mehr als 30 Jahren liefert das österreichische Unternehmen IGM Robotersysteme AG, das in diesem Jahr seinen 50. Geburtstag feierte, Roboterzellen nach Moosburg. Derzeit arbeiten im Stammwerk insgesamt 22 Einzelroboter in Roboterzellen, in denen sie allein oder Hand in Hand mit einem weiteren Roboter zusammenarbeiten. In Degernpoint sind es elf IGM-Roboter. »Wir haben eine langjährige, gut funktionierende Zusammenarbeit mit IGM aufgebaut. Als wir beispielsweise vor vier Jahren insgesamt neun Roboteranlagen vom Stammwerk nach Degernpoint umsetzten, hat uns auch Martin Stettmeier, damals noch im IGM-Service tätig, tatkräftig unterstützt. Er war neun Monate jeden Tag vor Ort«, hebt Bernhard Petermaier hervor.

Ausschlaggebend für die jahrzehntelange Zusammenarbeit war die zuverlässige Arbeit der IGM-Roboterzellen. Doch auch die regelmäßigen Schulungen der Bediener in der Kornwestheimer IGM-Roboter GmbH oder in der IGM-Zentrale im Wiener Neudorf haben die gute Zusammenarbeit kontinuierlich gefördert. »Erst Ende letzten Jahres und zu Beginn 2017 haben wir drei neue IGM-Roboterzellen erhalten. Wir achten stets darauf, dass unsere Roboter und ihre Steuerungen nicht älter sind als eine Generation vor der aktuellen Robotertechnik«, berichtet Bernhard Petermaier weiter.

Betriebszustände visualisieren

Von den 22 IGM-Robotern im Stammwerk arbeiten acht Stück in vier baugleichen Roboterzellen, die vorrangig Hubmasten schweißen. Dort sind jeweils zwei Roboter der Baureihe RTE 400 installiert. Jeder der beiden hat seine eigene Steuerung und sein eigenes Programmierhandgerät. Die Steuerung der Bewegungen der Roboterachsen und der L-Positionierer, in die die Werkstücke eingespannt sind, erfolgt über die neue von IGM entwickelte K6-Steuerung. Für jeden der beiden Roboter gibt es ein Bedienpanel und ein Programmierhandgerät der K6.

Peter Scheichenbauer, Vertriebsleiter von IGM Kornwestheim, erläutert: »Ausgerüstet mit 15-Zoll-Touchscreens bieten diese Bedienpanels eine übersichtliche Visualisierung der Anlage und der Betriebszustände.« Über die Bedienpanels wählt der Bediener die Betriebsart aus, ruft die Arbeitsprogramme auf, startet den automatischen Schweißprozess oder stellt den Programmiermodus ein. In diesem Fall greift der Bediener zum Programmierhandgerät und programmiert Schweißzyklen oder aktualisiert sie. Die programmierten schweißtechnischen Abläufe werden auf einem Server abgelegt und stehen für die Fertigung gleicher Baugruppen jederzeit zur Verfügung. Die Programme lassen sich bei Konstruktionsänderungen problemlos aktualisieren. Das gilt auch für die Bewegungen der L-Positionierer. Sie sichern, dass die Schweißnähte der sicherheitsrelevanten Baugruppen stets in die vorgeschriebene Wannenlage positioniert werden.

Über den Touchscreen des Bedienpanels erhält der Bediener Meldungen zum Anlagenstatus, aber auch Anzeigen zu Störungen des Schweißprozesses. Angezeigt werden beispielsweise Gas- oder Wassermangel sowie Lichtbogenprobleme oder Brennerabschaltung. Ebenso wird der Status der L-Positionierer abgefragt und angezeigt: Ist ein Werkstück vorhanden, gespannt oder nicht gespannt. Durch dieses Bedienpanel mit dem entsprechenden SPS-Programm ist eine Fehlbedienung nahezu ausgeschlossen.

Gute Zugänglichkeit

Für die Zugänglichkeit der Schweißbrenner an die Schweißnähte sorgen je nach Aufgabe bis zu 14 Achsen: Zu den sechs Roboterachsen in der Standardausführung bieten Drehsockel und Gelenkachse zwei weitere Roboterachsen. Je nach Bedarf erhöhen weitere periphere Achsen die Zugänglichkeit der Schweißbrenner an die Schweißnähte in der Wannenlage. Dazu stehen Fahrbahnen in X- und Y-Richtung sowie Höhenfahrwerke zur Verfügung.

Ist der L-Manipulator zusätzlich zur Dreh- und Kippachse noch mit einem Hubwerk ausgerüstet, ergibt sich die Summe von 14 programmierbaren Achsen. Aber auch damit ist die Robotersteuerung noch lange nicht ausgelastet. Sie kann 32 Achsen ansteuern. Neben der Programmierung per Programmierhandgerät lassen sich die Bewegungen der Schweißdüse mühelos auch durchs Offline-Teachen programmieren.

Generell lassen sich IGM-Roboter für alle berührungsfreien Schweiß- und Schneidverfahren einsetzen. Je nach Material und Blechdicke werden die passenden Verfahren, wie WIG-Schweiß-, MIG-Löt-, Plasmalöt- und Plasmaschweißprozesse eingesetzt. In den überwiegenden Fällen sind es MIG/MAG-Schweißprozesse. Die Jungheinrich-Werke in Moosburg setzen MAG-Schweißprozesse in unterschiedlichen Varianten ein: Sie reichen vom Einzeldraht- bis zum Tandem-Prozess, vom Baustahlschweißen bis zum Fügen von Feinkornstählen, die dank höherer Zugfestigkeit den Einsatz von Blechen geringerer Dicke ermöglichen. »Traditionell arbeiten wir eng mit dem österreichischen Schweißmaschinenbauer Fronius zusammen«, sagt Peter Scheichenbauer.

Die fortschrittliche Konstruktion der IGM-Roboter bietet gerade auch beim MAG-Schweißen in den Jungheinrich-Werken wichtige Vorzüge: Alle für das Schweißen notwendigen Medien werden zuerst durch die erste Achse und dann durch die Hohlwelle in der Handachse geführt. Auf diese Weise kann der Brenner zwei Umdrehungen vollziehen. Das bringt Vorteile bei der Zugänglichkeit an engen Werkstücken sowie bei kreisförmigen Nähten. Die Vorzüge der Gelenkbauweise nutzend, sorgen Drehstrom-Servoantriebe für hohe Beschleunigungen sowie spielfreie Getriebe für schnelle und exakte Bewegungsabläufe.

Die Fertigung von Hubmasten im Stammwerk erfolgt im Pendelbetrieb. Während die beiden Roboter, gut abgeschirmt, beispielsweise in der linken Kabine arbeiten, wird hauptzeitparallel das nächste geheftete Schweißteil in den L-Manipulator eingespannt. Ist die Fertigung in der linken Kabine beendet, fahren die beiden Roboter auf der X-Achse in die rechte Kabine.

Auch in der kürzlich nach Degernpoint gelieferten Schweißzelle arbeiten zwei IGM-Roboter Hand in Hand. Sie arbeiten jedoch in nur einer Kabine. Dort schweißen sie Hubmastschienen, die bis zu 7,5 Meter lang sind. Gemessen an der Schweißzeit sind die Rüstzeiten recht kurz, sodass sich eine zweite Kabine mit einem entsprechend großen L-Manipulator nicht rentieren würde. Solche langen Hubmastschienen werden für die automatischen Hochregalstapler, die Lasten auf eine Lagerfachhöhe von 17 Metern ablegen können, gebraucht. In dieser Roboterzelle bewegen sich die IGM-Roboter auf einer 10 Meter langen X-Achse mit Querfahrwerk (Y-Achse).

Der Fahrerplatzträger besteht aus Gründen der Gewichtsreduzierung aus unterschiedlichen Blechqualitäten. Das erfordert den Einsatz unterschiedlicher Schweißdrähte. Dort realisierte IGM eine Doppeldrahtführung zum automatischen Wechseln der Drahtqualitäten.

Die Roboterzelle, in der Schwingschubrahmen für Hochregalstapler geschweißt werden, rüstete IGM so aus, dass der Roboter sowohl mit einem Singleschweißbrenner als auch mit einem Brenner fürs Tandemschweißen arbeiten kann. »Bei diesem Bauteil sind große und lange Nähte zu schweißen. Gerade dort lohnt sich der Einsatz des Tandemschweißens. Durch dieses Verfahren konnten wir die Schweißzeit deutlich reduzieren«, erläutert Bernhard Petermaier. Die Schweißgeschwindigkeit ist dort um etwa 70 Prozent höher.

Sonderlösung für die Drahtzufuhr

»Auch in dieser Roboterzelle schweißen wir unterschiedliche Blechqualitäten sowohl im Single- als auch im Tandem-Verfahren. Daher müssen die unterschiedlichen Schweißbrenner auch mit unterschiedlichen Drahtqualitäten versorgt werden«, betont Bernhard Petermaier. Dazu hat das Team eine Sonderlösung der Zuführung von unterschiedlichen Drahtqualitäten aus sechs Drahtfässern erarbeitet.

Am Roboter ist nur Platz für drei Drahtvorschubmotoren. An diese Vorschubmotoren werden alle sechs Drähte herangeführt. Zum Brennerwechsel, der dank Bajonettverschluss problemlos erfolgt, werden die aktuell geforderten Drähte manuell in die Vorschubmotoren eingeführt. Diese manuelle Prozedur erfordert weniger Zeit als der Austausch der Drähte durch das ganze Zufuhrpaket. »Wenn die zu suchenden Flächen für die Kontaktaufnahme durch den taktilen Gasdüsensensor zu klein sind, verwenden wir einen Lasersensor. Brauchen wir ihn nicht, wird er abgelegt, damit keine zusätzlichen Störkanten entstehen«, erläutert Peter Scheichenbauer.

Dass IGM Robotersysteme immer auf der Suche nach Verbesserungen ist, zeigt die neue Lösung für den automatisierten Wechsel vom Single- zum Tandemschweißen. Dazu haben die Spezialisten aus Österreich ein neues Brennerwechselsystem entwickelt. Dabei wird nicht mehr das Schlauchpaket gemeinsam mit dem Brenner abgelegt. Bei der neuen Lösung gibt es nur noch ein Schlauchpaket, in dem zwei Drähte geführt werden. Das heißt, der Roboter, der zuvor die unterschiedlichen Schlauchpakete trägt, wird entlastet. »Genau auf diese Lösung haben wir gewartet«, betont Bernhard Petermaier.

Peter Springfeld

Fachjournalist aus Berlin

Erschienen in Ausgabe: 07/2017