Eine Zelle, zwei Prozesse

Technik/Schweißen

Der Sondermaschinenbauer Woll stellt nach und nach auf Laserschweißtechnik um, um Fertigungsteile in hoher Qualität zu erzeugen. Dabei will er Schnittstellen reduzieren und Kostenziele einhalten. Bei der Umsetzung hilft Kuka Industries mit einer flexiblen, automatisierten Schweißanlage.

04. Dezember 2017
Das Werkstück kann dem Roboter auf verschiedene Wege zugeführt werden: über den Drei-Achs-Positionierer von außerhalb der Zelle oder direkt vom Werker. Bild: Kuka Industries
Bild 1: Eine Zelle, zwei Prozesse (Das Werkstück kann dem Roboter auf verschiedene Wege zugeführt werden: über den Drei-Achs-Positionierer von außerhalb der Zelle oder direkt vom Werker. Bild: Kuka Industries)

Auf der Kuka-Schweißanlage werden vor allem Bauteile – meistens aus rostfreiem Edelstahl – für Maschinen und Anlagen für die Medizintechnik bearbeitet. Unternehmen dieser Branche stellen höchste Anforderungen an das zu verarbeitende Material. Nur zertifizierte Unternehmen werden als Zulieferer akzeptiert – so wie Woll Maschinenbau. Das Familienunternehmen hat jahrzehntelange Erfahrung in der Bearbeitung hochlegierter Materialien wie Chrom-Nickel-Stähle und ist als Lieferant von Maschinen und Anlagen für die Medizintechnikbranche etabliert.

Eines der hochsensiblen Bauteile ist die sogenannte ›Produktpalette‹, die innerhalb eines Autoklaven die Produkte aufnimmt. Mit dieser Produktpalette werden medizinische Einmalartikel – etwa mit Flüssigkeit gefüllte Beutel – in Druckbehälter zur Sterilisation befördert und dort in Position gehalten. Hierfür hat Kuka Industries eine roboterbasierende Lösung entwickelt, die die Schweißprozesse bei Woll optimiert und die Ausbringungsleistung steigert. Um eine 100-prozentige Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, ist ein hohes Maß an Präzision gefragt.

Die Laserzelle ›Kuka Flexiblecell‹ ermöglicht es, zwischen unterschiedlichen Verfahren – hier zwischen Laser- und WIG-Schweißen – zu wechseln. Der Roboter wird dazu mit dem passenden Schweißequipment ausgerüstet. Der Austausch der Schweißköpfe kann manuell oder automatisch erfolgen.

Durch die Kombination der Schweißverfahren kann Woll je nach Anwendung die Vorteile beider Verfahren nutzen. So ist das Laserschweißen deutlich schneller. Dem Werkstück wird weniger Wärme zugeführt, dadurch verformt es sich kaum und es muss weniger nachbearbeitet werden. Dank der Zeitersparnis beim Laserschweißen ist die Produktionszeit kürzer. Durch den Wechsel auf das WIG-Schweißverfahren wiederum lassen sich größere Spaltbreiten zwischen den zu verschweißenden Teilen überbrücken. »Durch die Automatisierung können wir jetzt ein gleichmäßigeres Nahtbild erzielen«, sagt Johannes Burg, verantwortlich für die automatisierten Schweißverfahren bei Woll. Vor allem nach dem Laserschweißen seien die Sichtnähte gefälliger als zuvor.

Schritt für Schritt zur Lasertechnik

Für Woll hat der flexible Wechsel zwischen den beiden Prozessen einen weiteren Vorteil: Es ermöglicht einen allmählichen Übergang in die Lasertechnik. Der Sondermaschinenbauer verschweißte seine Bauteile bislang per Hand. Waren Bauteile mit dem Laser zu schweißen, wurden diese Arbeiten an andere Unternehmen übergeben. Da die Lasertechnik jedoch teilweise eine andere Konstruktion der Bauteile erfordert, ist es nicht möglich, alle Prozesse sofort umzustellen. Bei Bauteilen, bei denen das Laserschweißen noch nicht möglich ist, kann Woll daher ganz einfach das Verfahren in der Zelle wechseln.

Die kompakte Anlage ist nicht nur im Hinblick auf den Schweißprozess flexibel, sondern auch bei der Handhabung der Bauteile. So können die zu verschweißenden Bauteile je nach Größe oder Komplexität der Bearbeitung auf unterschiedliche Weise zugeführt werden: zum einen von einem abgesicherten Einlegebereich außerhalb der Zelle über einen Drehtisch, zum anderen manuell über ein Schiebetor direkt in den Arbeitsbereich des Roboters.

Die erste Variante wird vor allem bei Serien genutzt, weil sie eine wirtschaftliche Produktion ermöglicht. Während der Roboter schweißt, kann von außen bereits ein neues Werkstück zugeführt werden. Das spart Zeit. Der Drei-Achs-Positionierer wird vom Werker mit den Bauteilen bestückt, anschließend in die Zelle gedreht und kann umgehend bearbeitet werden. Die zwei weiteren Achsen des Positionierers können als gekoppelte Roboterachsen synchronisiert bewegt werden, sodass der Roboter optimalen Zugang zur Schweißnaht hat und der Schweißprozess synchronisiert mit allen Achsen ablaufen kann.

Alternativ kann der Werker Bauteile direkt über einen Seiteneingang ins Zelleninnere legen. Diese Variante ist insbesondere bei extrem großen Teilen oder kleinen Losgrößen sinnvoll oder wenn die Schweißnaht schwer zugänglich ist, zum Beispiel bei zylindrischen Teilen.

Dank der Integration der Steuerungssoftware Kuka.Sim spart sich Woll viel Zeit bei der Programmierung der Anlage. Die muss nicht direkt in der Zelle stattfinden, sondern kann in einer virtuellen Umgebung offline vorgenommen werden. Dadurch sinken die Teach-Zeiten, was gerade im Sondermaschinenbau von Vorteil ist, weil in der Regel nur wenige Bauteile des gleichen Typs bearbeitet werden und die Anlage häufig neu programmiert werden muss. »Kuka.Sim bringt uns im Vergleich zum manuellen Teachen Zeitvorteile von 70 bis 80 Prozent«, sagt Johannes Burg.

Neben der Hard- und Software brachten die Experten von Kuka Industries bei Woll auch ihr Know-how mit ein und schulten die Mitarbeiter. Dabei wurde zum Beispiel thematisiert, wie man ein Bauteil so konstruieren kann, dass optimale Ergebnisse erzielt werden. Auch nach der Inbetriebnahme der Anlage Ende 2016 begleitet Kuka das Unternehmen weiter bei der Optimierung der Schweißprozesse. »Wichtig ist, die gesamte Prozesskette zu betrachten – von der Blechplatine bis zum fertigen Produkt«, sagt Christof Bürdek, Process Solution Manager von Kuka Industries.

Auch die Wartung der Anlage übernimmt Kuka. Über den Remote Service Client ist eine schnelle Online-Diagnose möglich. Dabei ist die Anlage durch eine End-to-End-Verschlüsselung vor Fremdzugriffen geschützt. Störungen kann Kuka problemlos beheben, ohne direkt vor Ort zu sein. Denn im Fall der Fälle zählt nur eins: Zuverlässigkeit und schnelle Reaktionszeit.

Erschienen in Ausgabe: 07/2017