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Qualität mit Roboter

Qualität mit Roboter

Werkstückhandling und Schweissen Diese Aufgabe übernehmen die Komponenten einer IMG-Roboterschweissanlage. Welche Vorteile das für den Anlagenbetreiber hat, lesen Sie hier – Eine Anwenderreportage.

12. Juni 2008

Bucyrus ist weltweit führend in der Konstruktion und Fertigung von Hochleistungsausrüstungen für den Tagebau und den Untertagebergbau. Die Tagebauausrüstungen von Bucyrus werden für die Gewinnung von Kohle, Kupfer, Eisenerz, Ölsand und anderen Mineralien eingesetzt; die Ausrüstungen für den untertägigen Bergbau vorwiegend im Bereich der Kohlegewinnung. Zusätzlich zu seinen Maschinen fertigt Bucyrus außerdem auch qualitativ hochwertige Ersatzteile und bietet Service- und Kundendienstleistungen für seine Ausrüstungen. Die Unternehmenszentrale von Bucyrus International, Inc. befindet sich in South Milwaukee in Wisconsin, USA. Für den Kohlebergbau unter Tage liefert Bucyrus weltweit komplette Systemlösungen und ist Weltmarktführer im Bereich Strebausrüstungen.

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Abgestimmt auf die speziellen Abbaubedingungen bei ihren Kunden liefert Bucyrus maßgeschneiderte Systeme mit den optimalen Maschinen- Kombinationen. Dazu gehört das gesamte Equipment — von hydraulischen Schildausbauten, elektrohydraulischen Steuerungen, Förderern, Hobelanlagen und Schräm-Maschinen bis hin zu Brechern und dieselbetriebenen Transportfahrzeugen. Zur qualitätsgerechten Modulfertigung am Standort der Bucyrus DBT Europe GmbH in Lünen leistet auch eine Portal-Roboteranlage aus dem Hause igm Robotersysteme AG ihren spezifischen Beitrag. In Lünen fertigt die Bucyrus unter anderem komplexe Module, wie beispielsweise Hobel, Schräm-Maschinen, Hobelführungen und Rinnenschüsse als Hauptbaugruppen für Ausbauschilde.

Schildfunktionen zum Strebausbau

Die Ausbauschilde sind so aufgebaut, dass sie zum Schutz der Bergleute und der Abbautechnik Stützkräfte von über 1.000 Tonnen entfalten. Neben der Abstützung des Strebs realisieren die Ausbauschilde eine Schreitfunktion, bei der die Abbau- und die Fördertechnik entsprechend der vorgesehenen Schnitttiefe zum Flöz hin vorgeschoben wird. Für den Vorschub des Schrittbalkens ist der Schreitzylinder verantwortlich, der sich maximal 1,25 Meter ausfahren lässt. Ist dieser Schreitzylinder voll ausgefahren, müssen die Schilde nachrücken. Dazu fahren die Hydraulikstempel ein. Im geraubten (entlasteten) und ein wenig angehobenen Zustand der Schilde fährt der Schreitzylinder ein und zieht den Schild vor.

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Sind die einzelnen Schilde des Strebausbaus wieder an die Abbau- und Fördertechnik herangeholt, entfalten sie erneut ihre Abstützfunktion. Die Standardschilde sind 1,75 Meter breit. Das heißt, im bislang längsten Streb von 430 Meter braucht man 246 Schilde. Jeder einzelne Schild muss also zuverlässig alle Funktionen zur Aufnahme der Abbauwerkzeuge und der Fördertechnik und vieles andere mehr erfüllen. Bucyrus-Fördersysteme zählen zu den leistungsfähigsten Gewinnungsmaschinen. Sie wurden bereits erfolgreich bei Streblängen von 350 bis 450 Meter eingesetzt und erbrachten bis zu 5.000 Tonnen verwertbare Förderung pro Stunde. Zur Sicherung einer hohen Fertigungsqualität trägt auch eine igm-Roboteranlage bei, in der unter anderem Hobelführungen und Rinnenschüsse gefertigt werden.

Die Roboteranlage

Die automatisch arbeitende Schweißroboteranlage besteht aus einem zwölf Meter langen Portal, auf dem sich der überkopf installierte igm-Roboter RT 330 bewegt. Auf diesem Weg erreicht er die beiden Schweißstationen, die jeweils mit einem L-Positionierer ausgestattet sind. Mit zwei NC-Drehachsen, die einen Bewegungsbereich von 360 Grad realisieren, stellen sie das Werkstück stets in die günstigste erreichbare Schweißposition. Den Fertigungsprozess erläutert Christian Gehrke: »Die Rinnenschüsse schweißt die igm-Roboteranlage in zwei Aufspannungen. Dabei sind vier Profi le, vier Endstücke und ein Untertrumblech mit einem Bodenblech zu verbinden. Diese Teile werden in eine Heftvorrichtung eingespannt und geheftet. Nach dem Heften legen wir das so vorbereitete Schweißteil per Hallenkran in unsere Vorwärmanlage und erwärmen es auf die vorgegebene Temperatur von etwa 120 Grad Celsius. Die so vorgewärmte Baugruppe setzen wir dann ebenfalls per Hallenkran in die Schweißvorrichtung des L-Positionierers und fixieren sie dort. Rechts angeschlagen, fixiert diese Spannvorrichtung die Baugruppe so exakt, dass der Roboter sofort den ersten Schweißansatz findet. Als Verfahren setzen wir das MAG-Schweißen (Metall-Aktiv-Gas- Schweißen) ein. Da der Roboter in der ersten Aufspannung nicht alle Nähte erreicht, ist eine zweite Spannlage notwendig. Die Bauteile der Rinnenschüsse fügen wir mit einem 1,2 Millimeter dicken Schweißdraht. Mit einem zweiten Schweißbrenner, der automatisch eingewechselt wird, tragen wir verschleißfeste Oberflächen bei Hobelführungen auf. Der in der Regel zweischichtig arbeitende Schweißroboter wird intensiv genutzt. Während er in der einen Station schweißt, wird in der anderen Kabine die fertige Baugruppe ausgespannt, die neue eingespannt oder die Umspannung zur zweiten Aufspannung erledigt.« Als Herz der Anlage arbeitet ein igm-Roboter RT 330 auf einem zwölf Meter langen Portal. Mit seinen sechs Rotationsachsen erreicht er einen Arbeitsbereich von 3.798 Millimetern. Zu diesen sechs Rotationsachsen gesellen sich die X-Achse auf dem Portal und die beiden Drehachsen der beiden L-Positionierer. Alle externen Achsen sind als NC-Achsen ausgebildet und vollständig in die Robotersteuerung integriert.

Auf diese Weise stellt die Steuerung Schweißbrenner und Werkstück stets in eine optimale, erreichbare Schweißposition. Igm-Roboter sind durch die geschickte Gestaltung der sechs Rotationsachsen in einer starren Aluminium- Gusskonstruktion bestens für den Einsatz von Lichtbogen schweißverfahren vorbereitet. Dazu zählt vor allem die Installation aller energieführenden Leitungen durch die erste Achse und die Weiterführung durch die Hohlwelle in der Handachse, die den Schweißbrenner trägt. Dadurch kann der Brenner zwei Umdrehungen ausführen, was wesentliche Vorzüge bei der Zugänglichkeit an engen Werkstücken sowie bei kreisförmigen Nähten bringt.

Schneller zur Qualitätsnaht

Auch die Sicherheitsabschaltung als Kollisionsschutz ist in die Brennerhandachse integriert. Diese Konstruktion hat sich gerade im konkreten Einsatzfall als sehr vorteilhaft erwiesen, bietet sie doch dem Schlauchpaket genug Spielraum zum Ausgleich von mechanischen Belastungen, wie sie beispielsweise durch enge Biegeradien und Verdrehungen entstehen. Die Gelenkbauweise sichert darüber hinaus dank der Drehstrom-Servo-Antriebe hohe Beschleunigungen sowie durch den Einsatz von spielfreien Getrieben schnelle und exakte Bewegungsabläufe. Aufgrund der präzisen Bewegungen der Roboterachsen garantiert die igm Robotersysteme AG für den RT-330-Roboter eine hohe Wiederholgenauigkeit, die sich innerhalb der Toleranzgrenzen von ±0,1 Millimeter bewegt.

Zur Qualitätssicherung wird die Temperatur der vorgewärmten Schweißbaugruppe per Infrarotsensor gemessen. »Neben dem besten Angebot für eine Schweißroboteranlage für schwere Schweißteile sowie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis spielten bei der Auftragsvergabe an die igm Robotersysteme AG«, so betont Christian Gehrke, »auch die gute Handhabung der Steuerung sowie die sehr einfache und entsprechend schnelle Programmierbarkeit eine Rolle. Immerhin müssen wir in der Regel zuerst die Wurzel, dann eine Zwischenlage und zum Schluss eine Decklage schweißen. Um dann noch die Werkstücke möglichst verzugsfrei zu fertigen, sind einige Versuche erforderlich, um die jeweils optimale Schweißfolge zu finden. Wir suchen dabei nach einem ausgeklügelten System des Wärmeeintrags. Da hilft es, dass die Steuerung der igm- Roboteranlage ein unkompliziertes und damit schnelles ›Nachteachen‹ ermöglicht. Darüber hinaus garantiert einzig der automatisierte Schweißprozess, dass beim Abarbeiten aller Nähte in den ermittelten und manchmal chaotisch anmutenden Schweißabfolgen keine Naht vergessen wird.« Bisher mussten, unter Einbeziehung des manuellen Heftens, für die automatisierte Fertigung einer Hobelführung etwa 2:20 Stunden und fürs manuelle Schweißen etwa 6:30 Stunden veranschlagt werden. Die Roboteranlage schafft das in knapp zwei Stunden.

Peter Springfeld

Erschienen in Ausgabe: 06/2008