Schweißen und Löten mit Leichtbauroboter

Mit unseren FAUDE Lösungen basierend auf einem UR Leichtbauroboter können Schweiß- und Lötprozesse zuverlässig automatisiert werden.

Ständiger Kostendruck schwebt wie ein Damoklesschwert über dem produzierenden Gewerbe. Um jedoch mittel- bis langfristig 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. Ferd. Wagner Profile, ein Unternehmen der Zapp AG, hat sich daher entschieden, die Schweiß- und Lötprozesse bei der Bauteil-Fertigung für den Lifestyle-Bereich zu automatisieren. Systemintegrator FAUDE Automatisierungstechnik GmbH integrierte gleich zwei Leichtbauroboter des dänischen Herstellers Universal Robots in die Produktion und sorgt damit für mehr Preissicherheit.

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.

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 500.000–600.000 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.

Ferd. Wagner Profile kontaktierte verschiedene Anbieter und fand die richtige Lösung schließlich bei Systemintegrator FAUDE Automatisierungstechnik GmbH, 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 GmbH.

Schonender und präziser Umgang mit druckempfindlichen Bauteilen

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. 10-12 mm sowie ein zirka 40 mm 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 „Flexvison®“ von FAUDE Automatisierungstechnik GmbH. 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 solange 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.