Engineering Runde Schweißnaht setzen – dank mobilem Schweißroboter

Autor / Redakteur: Michael Hornung / Stefanie Michel

Die belgische Firma DIN Tools entwickelt einen mobilen Roboter, der kreisrunde Schweißnähte unterbrechungsfrei setzt. Das kann kein Schweißer besser und wurde erst mithilfe von Leichtbau-Linearführungen, -Rundtischlagern und einer entsprechenden Energiekette möglich.

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Mitarbeiter von DIN Tools und Smulders testen den Prototypen des Schweißroboters.
Mitarbeiter von DIN Tools und Smulders testen den Prototypen des Schweißroboters.
(Bild: Igus)
  • Das belgische Unternehmen DIN Tools hat einen Schweißroboter gebaut, der eine kreisrunde Schweißnaht unterbrechungsfrei setzen kann. Dabei dreht er sich um 360° und arbeitet fehlerlos.
  • Die Energie und der Schweißdraht werden über die Energiekette Triflex R von Igus zugeführt, die zusätzlich versteift ist.
  • Um den Schweißkopf genau zu positionieren, kommen Linearmodule und Rundtischlager von Igus zum Einsatz. Die selbstschmierenden Lager aus Hochleistungskunststoff fallen auch in Schweißumgebungen nicht aus.

Ein Schweißbogen erleuchtet die Werkhalle von DIN Tools, einem Unternehmen mit Sitz im belgischen Heist-op-den-Berg bei Antwerpen, das sich auf die Entwicklung von Schweißautomatisierung und Robotern spezialisiert hat. Rund zwei Minuten leuchtet die Flamme, dann erlischt sie. Mitarbeiter nehmen ihre Schweißbrillen ab, gehen in die Knie und begutachten das Resultat von allen Seiten. Sie nicken sich zufrieden zu: Dem Prototypen eines neuen Roboters ist es gelungen, einen runden Stutzen von rund 4 cm Durchmesser mit einem eisernen Fundament zu verbinden – über eine kreisrunde unterbrechungsfreie Schweißnaht.

Per Hand ist dieses Kunststück nahezu unmöglich. Der Schweißer muss die Naht mindestens ein Mal unterbrechen, um sich neu zu positionieren – eine Unterbrechung, die einen Abzug in puncto Qualität und Sicherheit bedeuten würde. Das weiß auch der Kunde, der den Schweißroboter in Auftrag gegeben hat: Smulders, ein Tochterunternehmen des französischen Bauunternehmens Eiffage, das von 1887 bis 1889 den Eiffelturm in Paris baute. Smulders produziert Stahlkonstruktionen für Offshore-Windkraftanlagen, unter anderem die Übergangsstücke zwischen Fundament und Windkraftturm. Bestandteil dieser Stahlkonstruktionen sind mit dem Fundament verschweißte Stutzen, über die sich beispielsweise Leitern befestigen lassen.

Roboter werden zu Schweißprofis

Optisch erinnert der Schweißroboter an einen Presslufthammer. An seinem Ende lässt sich eine rund 5 cm lange Madenschraube einspannen. Setzt der Mitarbeiter die Schraube auf das Gewinde des Stutzens, dreht sich der Roboter fest und nimmt den Stutzen auf. Im nächsten Schritt positioniert der Arbeiter den Roboter und startet den Schweißvorgang. Nun beginnt das Wolfram-Inertgas-Schweißen. Dabei entsteht ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer Elektrode aus Wolfram. Der Lichtbogen schmilzt den Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff – in diesem Fall einen Draht, der sich Stück für Stück durch eine Leitung schiebt, deren Öffnung direkt neben dem Lichtbogen liegt. Inertgas verdrängt die Luft aus dem Bearbeitungsbereich und hindert den Sauerstoff daran, mit dem Metall zu reagieren. Der Roboter macht eine 360°-Drehung mit einer zusätzlichen Überlappung von 6° und verschweißt den Stutzen mit dem Fundament.

Rund 2400 Stutzen pro Tag will Smulders auf diese Weise verschweißen, und das in kontinuierlicher Qualität. Hier sieht Bart Lourdaux, Inhaber von DIN Tools, einen der größten Vorteile seines Schweißroboters. „Um diese Art von Schweißnaht zu realisieren, sind Unternehmen auf geübte Schweißer angewiesen. Sie müssen mit einer Hand die Schweißflamme kontrollieren, mit der anderen Draht zuführen und mit dem Körper eine gleichmäßige drehende Bewegung vollziehen. Selbst routinierte Mitarbeiter werden irgendwann müde, sodass das Fehlerrisiko steigt“, erklärt Lourdaux, der DIN Tools in den letzten 20 Jahren zu einem international operierenden Automatisierungspartner für Schweißlösungen entwickelt hat. „Der Roboter hingegen führt die Schweißnähte hundertfach am Tag in gleichbleibender Qualität aus. Selbst Aushilfskräfte können ihn nach kurzer Einarbeitungszeit bedienen. Das ist ein Vorteil in Zeiten des Fachkräftemangels und ermöglicht eine viel flexiblere Personalplanung.“

Verrenkungen für Energiekette kein Problem

Beim Bau des Schweißroboters sahen sich Bart Lourdaux und sein Kollege, Projektmanager Kevin Wijns, insbesondere mit dem Problem der Leitungsführung konfrontiert. Das Team musste einen Weg finden, die Leitungen und Schläuche für Strom und Schweißdraht sicher zu führen. Und zwar derart, dass sie Drehungen von mindestens 360° überstehen, ohne dabei aneinander zu reiben und zu verschleißen oder sich zu verhaken und dadurch die Schweißqualität zu verschlechtern.

Da der Geschäftsführer seit 2004 mit Igus zusammenarbeitet, konnte schnell eine Lösung gefunden werden: Nur ein Telefonanruf war nötig und Wim Laporte, Verkaufsgebietsleiter Gleitlager Igus Belgien, machte sich auf den Weg zu DIN Tools. Gemeinsam mit Lourdaux hat er für den Schweißroboter die ideale Leitungsführung gefunden: Zum Einsatz kommt eine Triflex R, also eine dreidimensionale Energiekette aus Hochleistungskunststoff. Die Energieleitung für den Schweißkopf und der Schlauch für die Zuführung des Schweißdrahtes lassen sich mit wenigen Handgriffen im Inneren der Kette fixieren. Jedes Kettenglied lässt eine Torsion von 10° zu, sodass auch komplexe Bewegungen um sechs Achsen möglich sind.

Um bei diesen akrobatischen Verrenkungen Schlaufenbildungen zu vermeiden, lässt sich die Energiekette mit einem Federstab versteifen. „Wenn sich der Roboter nun während des Schweißens um 360° dreht, sind die Leitungen im Inneren der Kette vor Verschleiß geschützt. Zudem ist es unmöglich, dass die Leitungen die Arbeit des Roboters behindern“, sagt Laporte. Ein weiterer Vorteil: Der Energiekette kann Funkenflug nichts anhaben, weil sie aus dem Hochleistungskunststoff Igumid NB besteht, der hohen Brandschutzanforderungen gerecht wird, Temperaturen von -40 bis 80 °C standhält, hohe Abriebfestigkeit aufweist und robust ist. „Anwender können den Roboter also auch im Freien bedienen – selbst unter rauen Umweltbedingungen“, so Lourdaux.

Hochleistungskunststoff macht Roboter wartungsarm

DIN Tools und Igus haben eine zweite Herausforderung gemeistert: die Aufhängung des Schweißkopfes. Die Anforderung des Kunden bestand darin, den Kopf über zwei Achsen millimetergenau justieren zu können. Hier kommen kompakte SLW-Linearmodule mit verwindungssteifen Aluminium-Doppelwellenprofilen der Serie Drylin sowie das flache Rundtischlager PRT-04 zum Einsatz. Die Positionierung des Schweißkopfes erfolgt über eine Trapezgewindespindel mit manuellem Antrieb. Das Herz der Bewegung, die Lager der Linearschlitten sowie die Lagersegmente im Rundtischlager, besteht nicht aus Metall, sondern aus Hochleistungskunststoff und ermöglicht einen wartungsarmen Trockenlauf. „In dem Kunststoff ist ein Festschmierstoff integriert. Im Betrieb sorgt der Mikroabrieb dafür, dass sich Teilchen des Schmierstoffs freisetzen und auf der Wellenoberfläche einen Selbstschmiereffekt erzeugen“, erklärt Michael Hornung, internationaler Produktmanager für Drylin Linear- und Antriebstechnik bei Igus. „Für den Schweißroboter bedeutet dieser Trockenlauf im Vergleich zu klassischen Metalllagern vor allem ganz praktische Vorteile im Alltag. Metallische Lager benötigen für den Betrieb Schmiermittel; unsere können darauf verzichten, denn sie sind wartungsfrei. Niemand muss nachschmieren, kein Schmiermittel muss zur Verfügung gestellt werden, keine Anleitung ist notwendig. Trockenlauf bedeutet zudem auch Ausfallsicherheit, denn in der rauen Schweißumgebung verbinden sich Staub- und Schmutzpartikel mit Schmiermitteln und das metallische Lager fällt aus und lässt sich nicht mehr bewegen.

Nicht zuletzt punkten die Linearmodule und Rundtischlager aus Aluminium mit geringem Gewicht. „Wir haben uns bemüht, den Schweißroboter so weit wie möglich in Leichtbauweise zu fertigen. Er wiegt rund 18 kg und ist somit leicht genug, dass ihn ein Mitarbeiter mit seinen Händen anheben kann“, so Lourdaux abschließend. „Ich schätze die Zusammenarbeit mit Igus deshalb, weil das Unternehmen mehr ist als ein Lieferant. Unsere Unternehmen arbeiten an der gleichen Vision: elegante und wirtschaftliche Lösungen für die Arbeitswelt von morgen zu entwickeln.“

* Michael Hornung ist Produktmanager International Drylin Linear- und Antriebstechnik bei der Igus GmbH in 51147 Köln, Tel. (02 20 3) 96 49-0, info@igus.de

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