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Fachartikel aus MECHATRONIK 11/2017, S. 14 bis 17

KUKA

Eine Zelle, zwei Verfahren und noch mehr Flexibilität

Mit der automatisierten KUKA flexibleCELL von KUKA Industries bearbeitet Woll Maschinenbau seine Bauteile für Sondermaschinen noch effektiver.

Bild: KUKA
Das Werkstück kann dem Roboter auf verschiedene Wege zugeführt werden: über den Drei-Achs-Positionierer von außerhalb der Zelle oder direkt vom Werker auf einen Werktisch oder einen zusätzlichen KUKA Dreh-Kipp-Positionierer. (Bild: KUKA)

Unternehmen des Sondermaschinenbaus sind stets gefordert, aber Maschinen und Anlagen für Kunden aus der Medizintechnik herzustellen, beansprucht Sondermaschinenbauer wie Woll noch ein wenig mehr. Komplexe Maschinenkonzepte, hohe Anforderungen an die technische Umsetzung, Kenntnisse der eingesetzten Materialien und die Einhaltung von Preiszielen sind Herausforderungen, denen sich Woll ständig stellen muss. Dem Anspruch gerecht zu werden, höchste Qualität in den Fertigungsteilen zu erzeugen, Schnittstellen zu minimieren und gleichzeitig Kostenziele einzuhalten, hat Woll dazu veranlasst, auf neue Fertigungstechnologien zu setzen. In KUKA Industries hat das Familienunternehmen einen Partner gefunden, der ihm dabei hilft: mit einer äußerst flexiblen, automatisierten Schweißanlage, mit Programmiertools, die erhebliche Zeitvorteile bringen, und den Prozesskenntnissen der KUKA-Experten, die nun auch in die Fertigung bei Woll einfließen.

Konkret geht es um eine Schweißanlage, auf der Bauteile – zumeist aus rostfreiem Edelstahl – für Maschinen und Anlagen bearbeitet werden. Unternehmen dieser Branche stellen höchste Anforderungen an das zu verarbeitende Material. Nur zertifizierte Unternehmen werden als Zulieferer akzeptiert. So wie die Woll Maschinenbau GmbH. Das Familienunternehmen verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Bearbeitung hochlegierter Materialien wie z. B. die verschiedensten Chrom-Nickel-Stähle. Es kann alle relevanten Zertifikate vorweisen und erfüllt höchste Qualitätsstandards. Dadurch ist Woll zum weltweiten etablierten Lieferanten von Maschinen und Anlagen für Kunden aus der Medizintechnikbranche geworden.

Eines der hochsensiblen Bauteile, die unter anderem in Autoklaven eingesetzt werden, ist eine sogenannte Produktpalette, die innerhalb des Autoklaven die Produkte aufnimmt. Mit dieser Produktpalette werden medizinische Einmalartikel wie z. B. mit Flüssigkeit gefüllte Beutel in Druckbehälter zur Sterilisation der Produkte befördert und dort in Position gehalten. Hierfür hat KUKA Industries eine roboterbasierte Lösung entwickelt, die die Schweißprozesse bei Woll weiter optimiert und die Ausbringungsleistung steigert. Dabei ist höchste Präzision gefragt, um eine 100-prozentige Reproduzierbarkeit der Arbeiten und stets gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Die Laserzelle KUKA flexibleCELL ermöglicht es, zwischen unterschiedlichen Verfahren – hier zwischen Laser- und Wolfram-Inert-Gasschweißen (WIG) – zu wechseln. Der Industrieroboter ist zentraler Bestandteil der Anlage und wird dazu jeweils mit dem entsprechenden Schweißequipment ausgerüstet. Der Austausch der Schweißköpfe kann manuell oder automatisch erfolgen. Durch die Kombination der Schweißverfahren kann Woll je nach Anwendung die Vorteile beider Technologien nutzen. So ist das Laserschweißen deutlich schneller. Dem Werkstück wird weniger Wärme zugeführt, somit verformt es sich kaum und es muss weniger nachgearbeitet werden. Bei einigen Bauteilen ist sogar keine Nachbearbeitung mehr nötig. Dank der Zeitersparnis beim Laserschweißen ist die Produktionszeit kürzer und Woll konnte nachweislich Kosten sparen. Durch den Wechsel auf das Schutzgasschweißverfahren wiederum lassen sich z. B. größere Spaltbreiten zwischen den zu verschweißenden Teilen überbrücken. „Durch die Automatisierung können wir nun insgesamt ein gleichmäßigeres Nahtbild erzielen“, sagt Johannes Burg, verantwortlich für die automatisierten Schweißverfahren bei Woll. Vor allem nach dem Laserschweißen seien die Sichtnähte gefälliger als zuvor.

Praktischer Einstieg in neue Technologie

Für Woll hat der flexible Wechsel zwischen den beiden Prozessen einen weiteren Vorteil: Es ermöglicht einen allmählichen Einstieg in die Lasertechnologie. Der Sondermaschinenbauer verschweißte seine Bauteile bislang per Hand. Waren Bauteile mit dem Laser zu schweißen, wurden diese Arbeiten an eine Fremdfirma übergeben. Da die Lasertechnik jedoch teilweise eine andere Konstruktion der Bauteile erfordert, ist es nicht möglich, alle Prozesse sofort umzustellen. Bei Bauteilen, bei denen das Laserschweißen noch nicht möglich ist, kann Woll daher ganz einfach innerhalb derselben Zelle das Verfahren wechseln. So wird die Anlage optimal ausgenutzt.

Die kompakte, etwa fünfmal sieben Meter große Anlage, ist nicht nur im Hinblick auf den Schweißprozess flexibel, sondern auch im Bereich Handling der Bauteile. So können die zu verschweißenden Bauteile je nach Größe oder Komplexität der Bearbeitung auf unterschiedliche Weise zugeführt werden: zum einen von einem abgesicherten Einlegebereich außerhalb der Zelle über einen Drehtisch. Oder manuell über ein Schiebetor direkt in den Arbeitsbereich des Roboters. Die erste Variante wird vor allem bei Serien genutzt, weil sie eine besonders wirtschaftliche Produktion ermöglicht. Denn während der Roboter schweißt, kann von außen bereits ein neues Werkstück zugeführt werden. Das spart Zeit. Der Drei-Achs-Positionierer wird vom Werker mit den Bauteilen bestückt, anschließend in die Zelle gedreht und kann umgehend bearbeitet werden. Die zwei weiteren Achsen des Positionierers, auf denen sich vertikale Planscheiben im Abstand von 2,6 Metern befinden, können als mathematisch gekoppelte Roboterachsen synchronisiert bewegt werden, so dass die Schweißnaht dem Roboter optimal zugänglich gemacht werden kann und der Schweißprozess synchronisiert mit allen Achsen in der Anlage ablaufen kann. Der Werkzeugradius beträgt in diesem Fall 60 Zentimeter, ist aber variabel anpassbar an die jeweilige Kundenanforderung.

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