Pluspunkt Kompetenz

Komplexe Laserschweißanlagen mit externem Steuerungs-Know-how

Wenn es ums Schweißen von Tailored Blanks geht, ist Soudronic erste Adresse. Mit einer komplexen Anlage zum Laserschweißen nicht-linearer Nähte ist das Unternehmen aus dem schweizerischen Neftenbach jetzt weiter nach vorne geprescht. Für die Antriebs- und Steuerungstechnik hat es Kompetenz aus dem Hause Num an Bord geholt.

15. Juli 2003
Immer häufiger müssen Tailored Blanks geschweißt werden, deren Nähte nicht linear, sondern wie in diesem Fall V-förmig angeordnet sind.
Bild 1: Pluspunkt Kompetenz (Immer häufiger müssen Tailored Blanks geschweißt werden, deren Nähte nicht linear, sondern wie in diesem Fall V-förmig angeordnet sind. )

Tailored Blanks - unter diesem Fachbegriff versteht man stumpf verschweißte Bleche unterschiedlicher Stärke, die beim Auto Gewicht sparen, ohne an wichtigen Stellen Stabilitätseinbußen hinnehmen zu müssen. Weltweit kommen im Durchschnitt drei Tailored Blanks pro Fahrzeug zum Einsatz. Doch es gibt schon Hersteller, die deutlich über zehn pro Fahrzeug einsetzen. Ein Nischenmarkt, aber der Bedarf an Tailored Blanks und damit an speziellen Schweißanlagen steigt permanent. Wie in der Automobilindustrie üblich, steht auch die Produktion solcher Tailored Blanks unter wirtschaftlichem Druck. Dieser trifft vor allem die Zulieferanten aus dem Stahlsektor, die dem Automobilhersteller das Blech heute nicht mehr aufgerollt als ganze Coils liefern dürfen. Sie müssen vorkonfektionierte Bleche bereitstellen, die ohne weitere Bearbeitung in die Presse geschoben werden.

Da inzwischen die Konstruktion immer häufiger Tailored Blanks mit nicht-linearen Nähten vorsieht, hat das Schweizer Unternehmen Soudronic reagiert - mit einem Marktanteil in Europa von über 60 Prozent ist Soudronic auch weltweit einer der führenden Schweißanlagenlieferanten für solche Tailored Blanks. Um seinen Kunden mehrmaliges Umspannen zu ersparen, damit sie wirtschaftlicher fertigen können, hat Soudronic eine Anlage namens Soutrac entwickelt, die solche nicht-lineare Nähte in einem Arbeitsgang schweißen kann. Neben der Produktivität standen Prozess- und Qualitätssicherheit im Mittelpunkt der Entwicklung. Schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt stand fest, daß diese Anlage mit ihren Elementen zum Positionieren, Schweißen und Sichern der Qualität viele Achsen benötigt, deren Ansteuerung kompliziert werden würde.

Spezialist für nicht-lineare Nähte

Für Elektroingenieur Daniel Stäubli, verantwortlich fürs Steuerungs-Software-Engineering bei Soudronic, war klar, „daß wir das nicht selber programmieren können, sondern einen Partner suchen müssen, der uns diese Arbeit abnimmt“ - obwohl das Steuerungs-Engineering durchaus eine Stärke von Soudronic ist. Aber bei der 10 Meter langen Anlage, die im Eilgang sehr schnell und in der Bearbeitung ausgesprochen präzise sein sollte, wollte Stäubli lieber einen Antriebsspezialisten im Boot haben, der mechanisches und elektronisches Know-how vereint.

Soudronic startete deshalb eine Evaluationsphase. Sechs Anbieter von Steuerungs- und Antriebstechnik kamen in die engere Auswahl und präsentierten ihre Lösungen vor Ort. Daniel Stäubli und seine Mitarbeiter entschieden sich nach technischen Kriterien und dem persönlichen Eindruck für Num: „Ein ganz großer Pluspunkt für Num ist die Kompetenz der Mitarbeiter, die uns bei der Präsentation deutlich wurde. Num hat Mitarbeiter, die sich in der Antriebstechnik von der Elektronik bis in die Mechanik hinein auskennen. Das haben nicht alle zu bieten. Beim Projekt Soutrac war das für uns ein Killerkriterium. Denn wenn sich die Mechanik mit der Elektrik nicht vom ersten Tag an versteht, geht das Projekt in die Binsen.“

Spezialist sucht kompetenten Partner

Soudronic weiß, worauf es den Anwendern ankommt. Bei über 50 verkauften Anlagen namens Soulas, die zum Laserschweißen linearer Tailored Blanks-Nähte dient, hat sich einige Erfahrung angesammelt. Daniel Stäubli: „Die Anlage muß einen möglichst hohen Out-put liefern. Sie muß prozeßsicher sein, so daß sie mannarm bedient werden kann. Außerdem sollte sie beim Fügen der Bleche einen gewissen Spalt überbrücken können. Je größer, desto besser: Denn das ermöglicht dem Anwender, bei der Qualität des Zuschnittes zu sparen. Selbstverständlich müssen die geschweißten Teile eine perfekte, dokumentierte Qualität besitzen und in der Weiterbearbeitung unter der Presse bestehen.“

Bei der Soulas, der Anlage für lineare Nähte, wird der Spalt durch den Druck einer Rolle (etwa 2 t) auf das dickere Blech geschlossen. Das Material beginnt zu fließen und kann so maximal 0,3 mm überbrücken. Für nicht-lineare Nähte mußte eine andere Lösung gefunden werden, da das Prinzip mit der Andrückrolle hier nicht funktioniert. Daniel Stäubli erzählt: „Wir haben uns entschieden, als Spaltschließsystem einen Fülldraht zuzuführen. Das heißt, bevor wir schweißen, machen wir mit einer Kamera eine Positionsbestimmung und eine Volumenmessung. Wir errechnen, wieviel Draht benötigt wird, um den Spalt zu schließen. Über die CNC steuern wir dann die Fördergeschwindigkeit des Drahtes und decken damit exakt den erforderlichen Bedarf. Mit diesem Verfahren, das beim Schweißen von Tailored Blanks weltweit einmalig ist, können wir nun auch hier einen Spalt bis zu drei Zehntel Breite schließen.“

Dieses Kontrollsystem „Souvis 1“, das zunächst die genaue Lage der Naht feststellt und die benötigte Füllmenge ermittelt, ist ein Bestandteil des von Soudronic entwickelten Qualitätssystem „Souvis 5000“. Zu „Souvis 2“ gehört die nachgeschaltete Kamera, die zum einen das Profil über Triangulation mißt. Zum andern überprüft sie die Homogenität der Naht. Dazu nimmt das System eine permanente Graustufenauswertung vor, die lokale Schweißfehler erfaßt. So wird jeder Fehler größer als 0,2 mm entdeckt.

Die Beweglichkeit des „Tatzelwurms“

Neben Souvis 1 und 2 befindet sich auch der Laser mit der integrierten Drahtzuführung im Schweißkopf, der von seinen Entwicklern liebvoll „Tatzelwurm“ oder kurz „Tatzel“ genannt wird. Die Beweglichkeit des Kopfes und seiner Elemente - sprich die steuerbaren Achsen - haben ihm diesen Namen verschafft. Er ist das Kernelement der Anlage, und wenn man ihn in Augenschein nimmt, wird klar, wie anspruchsvoll die Antriebstechnik und ihre Steuerung sein muß.

Zehn Achsen stecken allein im Schweißkopf und seinen drei Funktionselementen. Will man mit ihm, sprich Souvis 1, Laser und Souvis zwei, eine Kontur fahren, werden mindestens zwei Schwenk- und drei Rotationsachsen benötigt. Schließlich soll jedes Element immer senkrecht zur Naht stehen können. Drei weitere Achsen sorgen dafür, daß jedes Element in der Höhe verstellbar und somit fokussierbar ist. Eine weitere Achse ist notwendig, um den Laser auf die gemessene Position zu bringen. Mit der Drahtzuführung sind es zehn Achsen. Ausgenommen der Fokussierachsen müssen alle gleichzeitig gesteuert werden. Dazu kommen noch X- und Y-Achse des vier Tonnen schweren Maschinentisches.

Erfahrene Mitarbeiter sorgten für kompetente Lösungen

Als sich Soudronic für die Partnerschaft mit Num entschieden hatte, checkten die Verantwortlichen beider Partner das System auf grobe Fehler. Nachdem keine festzustellen waren, wurden die Aufgaben im Projekt verteilt. Num übernahm die Programmierung der CNC-Achsen und der SPS plus Reglerauslegung und Systemausmessung mit allem, was dazu gehört. Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Aufgaben war die Auslegung der Antriebe, da die Ansprüche an die Präzision sehr hoch waren. Schließlich begann Soudronic, die Maschine zu bauen. Zum Einsatz kommt das volldigitale CNC-System „Num Power 1050“, das bis auf 16 Achsen ausbaubar ist. Einer seiner Vorteile ist, daß die digitalen Antriebe eine sehr hohe Auflösung haben. Gegenüber einem analogen System erhält man eine viel genauere Interpolation für das Kurvenfahren. Ein wichtiger Punkt für die Entwicklung auf Steuerungs- und Antriebsseite war die Erfahrung der Mitarbeiter bei Num. Aufgrund ihrer Erfahrung wurde so manches Problem schnell und vor allem sicher erkannt und gelöst. Daniel Stäubli rechnet das hoch an: „Wir bekamen eine kompetente Beratung, nicht nur von der elektrischen Seite her, sondern auch tief in die Mechanik hinein. Das war schon sehr entscheidend. So haben wir wirklich die geforderte Präzision schon beim ersten Prototypen hinbekommen. Ich muß sagen, was die Zusammenarbeit mit Num betrifft, sind wir sehr zufrieden. Es hat alles geklappt, wie wir uns das vorgestellt haben. Also haben wir sicher auf den richtigen Partner gesetzt.“

Eine starke Leistung

Wenige Monate später war der Prototyp der Soutrac fertig und voll funktionsfähig. Stäubli erklärt stolz: „Daß wir das in dieser Präzision hingekriegt haben, war eine starke Leistung. Die Problematik der Maschine ist, daß sie einen ziemlich großen Geschwindigkeitsbereich bietet. Im Eilgang können wir 120 m/min fahren, beim Bearbeiten fahren wir mit ungefähr 12 m/min. Dafür müssen wir aufs Hundertstel genau der vorgegebenen Kontur folgen. Das so einzujustieren, war ganz schön schwierig.“

Seitdem präsentierte Soudronic seine Neuheit und deren Leistungsfähigkeit schon einigen Kunden. Im Herbst durfte sich die Soutrac zum Beispiel beim Schweißen von Musterplatinen für den neuen Megane von Renault beweisen. Stäubli erklärt: „Wir haben unserem Kunden bei der Produktion ausgeholfen und über 10.000 Bleche geschweißt - allerdings auf der etablierten Soulas-Maschine. Da diese Applikation zwei Schweißnähte hatte, die nicht auf einer Linie lagen, sondern in V-Form, war das eigentlich eine Soutrac-Applikation. Renault genehmigte uns einen Probelauf mit 400 Blechen. In der Qualität konnten wir keinen Unterschied zur Soulas-Naht feststellen; die gemessenen Festigkeiten waren gleich. Doch der entscheidende Test ist der Tiefziehprozeß, der größte Streß für die Schweißnaht. Renault erteilte die Freigabe zum Pressen. Die Nähte haben gehalten, und unser Kunde hat uns die Qualität bestätigt.“

Erschienen in Ausgabe: 04/2003