Bolzenrohlinge sicher handhaben // Greifer in der Schweißfertigung

Die metallverarbeitende Industrie ist einer der wichtigsten produzierenden Wirtschaftszweige der Welt. Die Schweißtechnik spielt dabei für die metallverarbeitende Industrie eine Paraderolle. So sind Unternehmen aus diesem Gebiet oft Vorreiter bei der Entwicklung und dem Einsatz von neuen Fertigungs- und Fügeverfahren in der Produktion. Während auf Baustellen noch häufig das Elektrode-Handschweißen zum Einsatz kommt, setzen Unternehmen, die ihre Produktion im eigenen Werk durchführen können, zunehmend auf automatisierte Fertigungsanlagen. Hier kommen neben dem konventionellen Metall-Schutzgas-Schweißverfahren (MSG) immer wieder neue, moderne Schweißverfahren zum Einsatz. Auch in Sachen Automatisierung bietet das metallverarbeitende Gewerbe große Einsatzgebiete und Entwicklungspotentiale. Roboteranwendungen in Kombination mit Greif- und Sensortechnik halten immer mehr Einzug in diese, sowohl von Einzelfertigung als auch von Serienfertigung geprägten, Industrie.

Automatisierter Schweißprozess

In Taiwan befindet sich, ca. 9.000 Kilometer entfernt von Deutschland, eine der modernsten und innovativsten Schweißanlagen der Welt. Eine Tochtergesellschaft eines weltweit tätigen Herstellers auf dem Gebiet der Befestigungs- und Abbautechnik stellt dort u.a. Befestigungselemente wie Bolzen und Schrauben her. In dieser Anlage, die über eine strenge Geheimhaltung verfügt, wurde der Fügeprozess von Bolzenrohlingen mittels einer speziellen Schweißvorrichtung automatisiert. Der eigentliche Schweiß-Prozess ist schnell erklärt: Ein Roboterarm (Eigenkonstruktion einer pneumatischen linearen Pick & Place-Einheit) führt einem Greifer einen unverschweißten Bolzenkopf zu. Dieser greift den Rohling mit speziellen Greifbacken bzw. Greiffingern aus Edelstahl, in denen Kupfer-Elektroden eingesetzt wurden. Der Greifer selbst bildet dabei das Gegenstück zum Schweißkopf und ist liegend unterhalb des Schweißkopfes in der Anlage fest montiert. Neben dem Zuführen hat der Greifer die Aufgabe, die Bolzenköpfe für den Schweißvorgang zu fixieren. Dabei muss bei jeder Schweißung eine zuverlässige Ausrichtung der Köpfe garantiert sein, um die Ausschussraten minimal zu halten. Nach dem Schweißvorgang lässt der Greifer den Bolzenrohling fallen. Darüber hinaus besitzt der Greifer eine nicht minder wichtige Funktion: seine Greifbacken dienen gleichzeitig als Elektroden und sind über zwei Kabel mit dem Schweißinverter verbunden. Der Schweißinverter oder auch Inverter Schweißgerät genannt, ist dabei nicht, wie man denken könnte, ein anderes Schweißverfahren, sondern eine andere Schweißstromquelle. Das bedeutet, dass sich ein Inverter Schweißgerät mit zum Transformator und Gleichrichter gesellt. Inverter Schweißgeräte gibt es für alle gängigen Schweißverfahren, wie E-Handschweißen, Schutzgas-Schweißen und auch WIG Schweißen. Diese setzen sich in der heutigen Zeit immer mehr gegen die reguläre Schweißstromquelle durch, da Vorteile wie geringe Größe und Zusatzfunktionen mit sich bringen.

Greifen unter widrigsten Umständen

Für diese anspruchsvolle Aufgabe unter widrigsten Bedingungen entschieden sich die Anlagen-Entwickler bei der Greiferwahl für zwei GPP5010N-24-A Greifer des badischen Greifer-Spezialisten Zimmer Group. Die Premium-Greifer der Serie 5000 sind universell einsetzbare Pneumatik-Greifer, die hohe Greifkräfte bei kurzen Zykluszeiten bieten, abgedichtete Stahl-in-Stahl-Profilnutenführungen aufweisen und  zusätzlich mit einer hohen Austauschgenauigkeit aufwarten. Die Bedingungen vor Ort in Taiwan sowie die Anforderungen für den Einsatz der „Zimmer Greifer“ im Schweißprozess waren teilweise sehr herausfordernd. So spielte die Präzision von Anfang an eine wichtige Rolle: Die Bolzenteile mussten mit einer Genauigkeit von 0,2 Millimetern zueinander verschweißt werden. Somit war es erforderlich, dass die Greifer eine Wiederholbarkeit des Greifpunktes von 0,1 Millimeter erreichen. (Anm.: 0,2 – 0,1 = 0,1  für die Genauigkeit des Schweißkopfes). Eine weitere wichtige Anforderung an die Greifer war deren Schutzklasse. Da sich die Greifer unmittelbar neben der Schweißzone befinden und so dauerhaft unter schwierigsten Umgebungsbedingungen ihren Dienst absolvieren müssen, sollten diesen auch einen entsprechenden Schutz bzw. Korrosionsschutz aufweisen. Deshalb war die  Beständigkeit gegen Schweißspritzer und Metalldämpfe ein auschlaggebendes Kriterium. Bei der vorherigen Greiferlösung eines Marktbegleiters verursachten diese Widrigkeiten starken Verschleiß in den Profil-Führungen. Um diese Gefahr auszuschließen, wählte man mit den GPP5000 zwei Greifer aus dem umfangreichen Portfolio der Zimmer Group, die mit der IP67 die höchste Schutzklasse besitzen. Einfacher dagegen lief es bei der Integrierung bzw. dem Einbau der Greifer. Da nur der bereits existierende Greifmechanismus ersetzt werden sollte, konnten die neuen Greifer in den vorhandenen Bauraum integriert werden. Auf Grund der kompakten Bauweise der Greifer stellte dies aber kein Problem dar.

Ein Erfolg mit den Dauerläufern stellt sich rasch ein

Der Einsatz der neuen Greifer machte sich rasch im Schweißprozess bzw. in der Anlage bemerkbar und bezahlt. So beläuft sich der Wartungsaufwand seit mittlerweile zwei Jahren bei Null, während die alte Lösung einen monatlichen Aufwand von vier bis acht Stunden für den Service nötig machte. Die Greifer sind, wie erwähnt, unmittelbar Schweißspritzern wie auch Gasen ausgesetzt. Dass die Greifer diesen Einflüssen standhalten können, zeigen diese bis zum heutigen Tage: Denn trotz dieser Belastung werden die Bolzenköpfe selbst nach 20 Millionen Zyklen positionsgenau gegriffen.

Nach den Angaben des Kunden blieb die Taktzeit zwar unverändert, da diese von anderen Komponenten in der Maschine abhängt, jedoch konnte durch die unzufriedenstellende Performance der vorherigen Greifer-Lösung einen Return on Invest (ROI) von etwa zwei bis vier Monaten angenommen werden. Des Weiteren war das Entwicklungsteam vor Ort begeistert, da keine Entwicklungskapazitäten für eine sehr gut funktionierende „Standardkomponente“ aufgebracht werden mussten und man sich auf die Kerntechnologie der Anlage fokussieren konnte. Insgesamt hatten neben den Entwicklern, auch die Maschinenbediener und das Wartungsteam den Wechsel zu einem Greifer der Zimmer Group als deutliche Verbesserung wahrgenommen und somit steht einer weiteren Zusammenarbeit mit Taiwan nichts mehr im Wege.

Das Bild zeigt die Integration des Greifers in die Schweißzelle. Orange die verwendeten Kupfereinsätze. Hellgrau Greifer, Schutzbleche und Halterung des Greifers. Dunkelgrau das Original-Fundament der Anlage.