Automatisierung von Schweiss- und Lötprozessen Duett der Leichtbauroboter

Redakteur: Silvano Böni

Ständiger Kostendruck schwebt wie ein Damoklesschwert über dem produzierenden Gewerbe. Um jedoch planen zu können, Kapital für nötige Investitionen zur Verfügung zu haben und flexibel auf die Anforderungen der Kunden einzugehen, ist eine gewisse Preisstabilität das A und O. Das Unternehmen Ferd. Wagner Profile hat sich daher entschieden, die Schweiss- und Lötprozesse bei der Bauteil-Fertigung für den Lifestyle-Bereich zu automatisieren.

Firmen zum Thema

Der installierte sechsachsige Leichtbauroboter wiegt bei einer Reichweite von 85 Zentimetern nur 18 Kilogramm und kann fünf Kilogramm heben.
Der installierte sechsachsige Leichtbauroboter wiegt bei einer Reichweite von 85 Zentimetern nur 18 Kilogramm und kann fünf Kilogramm heben.
(Bild: Universal Robots)

Der Produktionsschwerpunkt des Traditionsunternehmens Ferd. Wagner Profile liegt auf der Herstellung von Präzisionsprofilen aus Draht für verschiedene Industriezweige sowie Lifestyle-Produkte. Seit 2008 gehört die Firma, die am Standort Pforzheim rund 90 Mitarbeiter beschäftigt, zur Unternehmensgruppe Zapp AG.

Als klassischer Zulieferer steht das Unternehmen vor der Herausforderung, die von seinen Kunden gewünschten Produkte schnell und flexibel herzustellen. Gerade im Lifestyle-Bereich sind die Teile dabei oft nicht nur technisch sehr anspruchsvoll, sondern müssen auch äusserlich dekorativ sein. Da sich die Produkte von Saison zu Saison verändern können, müssen die Produktionslinien immer wieder angepasst werden.

Bildergalerie

Im Zuge eines langjährigen Grossauftrags für die Lifestyle-Industrie bei Ferd. Wagner Profile zeigte sich, dass Teile der Produktion automatisiert werden mussten, um eine gewisse Preisstabilität zu gewährleisten. «Es war langfristig einfach nicht mehr rentabel 500 000 bis 600 000 Bauteile pro Jahr manuell zu bearbeiten. Der Schweiss- und Lötprozess innerhalb der Fertigungslinie, in dem zwei Bauteile miteinander verbunden werden, bot sich für eine Automatisierung mithilfe einer Roboterlösung an», erklärt Bernhard Eckert, Manager Production bei Ferd. Wagner Profile.

Roboterprogrammierung leicht gemacht

Der Anforderungskatalog dafür war umfangreich: So sollten die zu bearbeitenden Teile störungsfrei bereitgestellt und fixiert sowie die Zuführung für den Schweissvorgang sichergestellt werden. Wichtig war zudem eine saubere Positionierung beim anschliessenden Löten. Eine weitere Herausforderung bestand in der Kontrolle der Lötverbindung. Diese muss bei den Teilen, die für Premiumprodukte mit einem hohen ästhetischen Anspruch genutzt werden, einwandfrei sein und darf keinerlei Unterbrechungen und Austritte aufweisen. Die bisherige Sichtkontrolle sollte im Zuge der Automatisierungslösung ersetzt werden. Nicht zuletzt waren die Mitarbeiter bei Ferd. Wagner Profile relativ unerfahren in Sachen Robotik, so dass die Lösung einfach zu bedienen sein musste.

Das Unternehmen kontaktierte verschiedene Anbieter und fand die richtige Lösung schliesslich bei Systemintegrator Faude Automatisierungstechnik, einem langjährigen Applikationspartner des dänischen Roboterherstellers Universal Robots: Dessen sechsachsiger Leichtbauroboter wiegt bei einer Reichweite von 85 Zentimetern nur 18 Kilogramm und kann fünf Kilogramm heben. «Ein weiterer wesentlicher Vorteil des UR5 ist dessen intuitive Benutzerführung. Über ein Touchpad werden dem Roboter einzelne Wegpunkte gezeigt und gespeichert. Eine eintägige Schulung reicht aus, um technisch versierte, aber mit Automatisierungstechnik unerfahrene Mitarbeiter mit der Programmierung vertraut zu machen», erklärt Dieter Faude, Geschäftsführer von Faude Automatisierungstechnik.

Schonend und präzis

Im Mai 2013 wurde die Automatisierungslösung schliesslich in Betrieb genommen. Zwei Leichtbauroboter von Universal Robots sind seitdem für den Schweiss- und Lötprozess zuständig. Aufgrund der hohen Komplexität der Vorgänge und der spitzen Greifwerkzeuge ist die Anwendung von einem Schutzzaun umgeben. Für den Grossauftrag werden ein rundes Metallbauteil mit einem Durchmesser von ca. 10 bis 12 Millimeter sowie ein zirka 40 Millimeter langes Teil bearbeitet. Beide Teile sind druckempfindlich und müssen daher besonders vorsichtig behandelt werden.

Diese werden zunächst über ein Separationsfördersystem schonend vereinzelt und lagerichtig für den ersten Roboter bereitgestellt. Dieser ist mit einem speziell angefertigten Doppelgreifer mit hochtemperaturfesten Zangen ausgestattet, der in der Lage ist, die Teile sicher zu umgreifen und auf diese Weise keine Druckstellen produziert. Der Roboter nimmt beide Teile nacheinander auf und legt sie in einer Vorrichtung an einer Heftschweissmaschine ein. Dort werden die beiden Teile geheftet, ohne Schweissmarkierungen zu hinterlassen. Die Schweissanlage gibt die verbundenen Teile frei, der Roboter nimmt sie ab und fährt in eine Ablageposition, an der er sie präzise in einer Flüssigkeit absetzt. Dort holt Roboter 2 die Teile mithilfe eines Einfachgreifers ab. Roboter 1 beginnt seinen Zyklus erneut, während Roboter 2 die Teile zu einer Hochfrequenzlötstation bringt, an welcher sie bei zirka 800 Grad hart verlötet und damit dauerhaft miteinander verbunden werden.

Im Anschluss erfolgt die Qualitätskontrolle über das Kamerasystem «Flexvision» von Faude Automatisierungstechnik. Der Leichtbauroboter hält die Bauteile in verschiedenen Positionen in die Kamera, die alle Seitenlinien und Nähte prüft. Eine ausreichende Helligkeit wird über ein Beleuchtungssystem sichergestellt. Im Vergleich zur Sichtkontrolle kann dabei eine hundertprozentige Objektivität garantiert werden. Ist die Naht sauber, legt der Roboter das Teil vorsichtig lagerichtig in einem Sieb ab. Dabei achtet er darauf, die Werkstücke nicht zu verkratzen. «Der behutsame und schonende Umgang mit den Teilen war uns besonders wichtig. Die dekorativen Oberflächen, die im letzten Schritt noch per Hand poliert werden, dürfen auf keinen Fall beschädigt werden. Das würde kostspieligen Ausschuss verursachen. Neben der Qualitätssicherung spielten daher die Wendigkeit der Roboter und die Beschaffenheit der Greifwerkzeuge eine grosse Rolle», so Eckert.

Kostenstabilität erreicht

An die Roboteranwendung in ihrem Betrieb haben sich die Mitarbeiter bei Ferd. Wagner Profile schnell gewöhnt. «Die Einweisung durch Herrn Faude war sehr kompetent. Da die Roboterführung zudem sehr intuitiv ist, waren wir rasch in der Lage, diese selbst zu übernehmen», erklärt Eckert. Die Mitarbeiter, die bisher für die Schweiss- und Lötprozesse zuständig waren, sind nach wie vor im Unternehmen beschäftigt. Sie kümmern sich nun vorwiegend um die Bearbeitung kleinerer Stückzahlen.

Ausgelegt ist das Roboterduo auf eine Stundenleistung von zirka 160 Teilen. Es wird im Zweischichtbetrieb mit einer anschliessenden Blindschicht eingesetzt. Die Roboter arbeiten am Ende eines Arbeitstages noch so lange in einer unbemannten Schicht weiter, wie Material vorrätig ist. «Wir konnten dadurch unsere Produktivität im Gesamtbereich erhöhen. Vor allem aber haben wir unser Ziel der Kostenstabilität erreicht», sagt Eckert. <<

(ID:43501822)