In 12 Minuten von Null auf 100

Alu-Schweißen die Fachwelt jubelt, die motorpresse ist voll des Lobes: Die neue BMW k 1200 s mit einem »revolutionären Fahrwerk«, einem 167-ps-hochleistungsmotor und über 200 km/h Endgeschwindigkeit. Großes Lob gilt hier besonders jenem einzigartigen Fahrwerk mit seiner doppellängslenker-Vorderrad Führung und dem alu-rahmen.

09. November 2004

Die entscheidenden Fertigungsprozesse und die Qualität der Produkte sicher im Griff haben, das ist der Anspruch der Produktionsverantwortlichen im BMW-Werk Berlin. Schließlich verfolgt man bei BMW eine einzigartige QM-Strategie, die vom Engineering über Konstruktion und Materialauswahl bis zur Fertigung das gesamte Werk einschließt. Diese Vorgehensweise ist von Erfolg gekrönt und die Nachfrage hoch: Rund 500 Motorräder verlassen das Spandauer Werk pro Tag.

ALLE 12 MINUTEN EIN FERTIGER ALURAHMEN

Wen wundert& pos;s also, daß die neue K 1200 S von der Fachpresse als »die beste BMW aller Zeiten« gepriesen wird. Der Supersportler mit seiner innovativen Motor-Fahrwerk-Kombination wird weitgehend aus Komponenten gebaut, die in Berlin gefertigt werden. Dafür hat BMW seine Aluminium-Fertigung um eine moderne Roboter-Schweißanlage des Haigerer Schweißspezialisten Cloos erweitert. Die Schweißerei läuft auf Hochtouren - alle 12 Minuten entsteht aus unterschiedlichsten Aluminium-Einzelteilen (Guß-, Strangpreß- und Hydroformingteile) der rund 12 kg leichte und sehr stabile Hauptrahmen der neuen Sportmaschine.

Die gesamte Fertigungszelle ist sehr kompakt gestaltet und mißt daher nur etwa 8 m in der Länge und 5,80 m in der Breite. Die gesamte Schweißtechnik - also zwei Roboter, zwei Schweißstromquellen »Quinto SD« und die beiden Schaltschränke mit der R-II-Steuerung - hat Cloos im hinteren Teil der Zelle untergebracht. Im vorderen Bereich steht dem Bediener genügend Raum zur Verfügung für vorbereitende Arbeiten und das störungsfreie Einlegen der Rahmenteile. Seitlich befinden sich lediglich die beiden Handgeräte für die Programmierung und die Bedienelemente für alle Fertigungsschritte. In Zusammenarbeit mit Cloos entschied sich BMW für einen zweistufi gen Fügeprozeß: Auf dem frei programmierbaren Zwei-Stationen- Positionierer werden die Komponenten für Vorder- und Hinterteil des Rahmens eingelegt und von den beiden Schweißrobotern zu zwei Baugruppen verschweißt. In einem zweiten Arbeitsgang folgt dann deren Vereinigung zum Gesamtrahmen. Die Vorrichtungen und Werkzeuge hat Cloos so ausgeführt, daß die Alubauteile ungeheftet eingelegt und positioniert werden können. Dabei sind die Spannvorrichtungen mit Feinjustierungen ausgeführt, um die Bauteile zueinander passend zu fixieren und in jeder Richtung den entstehenden Schweißverzug beeinflussen zu können. Meßpunkte an markanten Stellen unterstützen den Bediener beim maßgenauen Einlegen. Die kontrollierten Einlegepositionen sind Voraussetzung für optimale Nahtgeometrien und Schweißergebnisse. Besonders bei den sichtbaren Schweißnähten unterhalb des Tanks und im Bereich der Sitzbank legt BMW höchsten Wert auf optisch erstklassige Nähte.

Der Zwei-Stationen-Positionierer, bestehend aus einem Takttisch und zwei dreh- und kippbaren Werkstückaufnahmen, ist um 10° nach vorne geneigt, um dem Maschinenbediener das Einlegen der Rahmenteile zu erleichtern und die Werkstücke im Schweißbereich der Roboter optimal zu positionieren. So kann ein Maximum der Schweißnähte in der bei Aluminium bevorzugten Wannenlage geschweißt werden.

In jeden der beiden Werkstückpositionierer können Werkzeuge bis 1.500 mm Länge und 1.400 mm Breite eingespannt werden. »Da sich Alubauteile beim Schweißen durch die Wärmeeinbringung und spätere Abkühlung sehr stark verziehen, war eine Reihe von Versuchen fällig, um die Werkzeuge und die Schweißfolge so an zupassen, daß der fertige Rahmen paßgenau den Fertigungsprozeß verläßt«, erklärt Stephan Pittner, Projektleiter Cloos Haiger. Dies ist zwingend notwendig, damit der Motor der K 1200 S als mittragendes Teil bei der Montage sauber in den offenen Rahmen paßt.

MIG-NÄHTE IN WIG-OPTIK

Geplant war zunächst ein kombinierter Schweißprozeß aus schnellem MIG-Schweißen für die »unsichtbaren« Nähte und dem WIG-Schweißen mit Kaltdraht für Nähte mit exzellenter Optik, wie unterhalb des Tanks. »Wir haben es erreicht, alle Nähte in MIG zu schweißen und doch eine WIG-Optik zu erzeugen«, freut sich Olaf Hähnert von der Cloos-Niederlassung in Berlin. »Das reduziert die Fertigungszeiten und spart eine Menge an fertigungstechnischem Aufwand für den WIG-Schweißprozeß, den automatischen Werkzeugwechsel und so weiter.«

Für optimale Nahtergebnisse wurden die konstruktiv vorgegebenen Nahtformen durch BMW optimiert. Während des Schweißprozesses dreht die Cloos-Anlage die Rahmenteile jeweils in Wannenlage, andererseits wird durch die Steuerung der Impulsschweißgeräte Quinto II der Lichtbogen optimal in Breite und Tiefe geführt. So ergibt sich selbst bei den I-Nähten eine gute Wurzelausbildung. Um Materialveränderungen, etwa durch Feuchtigkeit, zu vermeiden, wird beispielsweise der Alu-Schweißdraht in einer abgeschlossenen Kammer, in die Spulen bis 40 kg passen, auf konstanter Temperatur gehalten. Geschweißt wird mit einem Argon-Helium-Gemisch. Für die richtigen Schweißströme und Parameter sorgen die zwei Quinto II SD Multifunktions-Schweißstromquellen der neuesten Generation im Leistungsbereich bis 400 A. Sie sind über eine Schnittstelle mit dem Roboter verbunden. Im Speicher können 20.000 Parametersätze abgelegt und auf Knopfdruck für den Prozeß bereitgestellt werden. Im hinteren Teil der Fertigungszelle arbeiten zwei Knickarm-Roboter »Cloos Romat 320«. Mit ihrem großen Schwenkbereich aller Achsen ergibt sich ein kugelförmiger Arbeitsbereich von 3.200 mm. Digital gesteuerte Antriebstechnik, spielfreie Lagerung der sechs Achsen und sein absolutes Wegmeßsystem ermöglichen eine exakte und schnelle Positionierung, kürzeste Verfahrzeiten und hohe Bahngenauigkeiten auch bei großen Verfahrgeschwindigkeiten. Die Wiederholgenauigkeit liegt unter 0,1 mm.

Im Motor integrierte Haltebremsen arbeiten nach dem Ruhestromprinzip und verhindern auch bei Stromausfall eine ungewollte Bewegung des Roboterarms.

Gesteuert wird jeder Roboter über eine »Cloos Rotrol II«, deren Zentraleinheit einen extrem kurzen Interpolationstakt erreicht und eine hohe Bahntreue der Roboterachsen und der extern angeschlossenen Vorrichtung gewährleistet. 12 digitale Servoregler stehen dazu bereit. Über zwei Programmierhandgeräte PHG mit dem 8? großen Touchscreen-Bildschirm wird der BMW-Mitarbeiter stets aktuell über den Programmablauf und den Zustand der Fertigungszelle informiert. Über das PHG mit nur 30 Folientasten wird die gesamte Anlage programmiert. Funktionen sind durch Sinnbilder visualisiert. Die Eingabe von Schweißparametern erfolgt numerisch. Cloos hat gemeinsam mit Spezialisten aus dem Werk Berlin die komplette Fertigungszelle mit Original- Rahmenkomponenten im Werk Haiger programmiert und eingeschweißt, so daß die Inbetriebnahme in Berlin in kürzester Zeit realisiert werden konnte.

FÜR HÖCHSTE QUALITÄT

Im BMW-Motorradwerk in Berlin sind bereits vier automatisierte Fertigungszellen für Stahlrahmen und -baugruppen sowie zwei für den hochwertigeren Aluminium-Bereich realisiert. Gemeinsam mit dem Haigerer Unternehmen wurden für die R 1200 C (Stahlrahmen), R 1100 S (Alurahmen) und der neuen R 1200 GS die zu schweißenden Rahmen- und Fahrwerksteile für die robotergerechte Fertigung optimiert, mit dem Ziel, eine hervorragende Qualität und kurze Produktionszeiten zu erreichen.

Zudem werden die etwa 50 Mitarbeiter der BMW-Schweißerei regelmäßig im Cloos-Schulungszentrum und direkt im BMW-Werk in Sachen Schweißtechnik qualifi ziert. 19 Mitarbeiter wurden speziell trainiert, um die Fertigungsanlagen zu programmieren. Optimierung, Störungsbehebung und notwendige Programmkorrekturen auf der Bedienerebene erledigen die Berliner selbst und optimieren damit ihre Fertigungsergebnisse kontinuierlich. Das schlägt sich in der hohen Produktqualität nieder. Schließlich muß der Output den hohen BMW-Qualitätstandards und den hohen Anforderungen der BMW-Motorradfahrer gerecht werden.

Erschienen in Ausgabe: 10/2004