Aufgabe:
Hersteller von Lastaufnahmemitteln. Axzion vertreibt und produziert Traversen, Coilhaken und Greifer / Zangen. Im Segment der Traversen bietet Axzion neben Rahmentraversen auch die so genannte H-Traverse, Spreiztraverse, Wendetraverse sowie unterschiedliche Balkentraversen an.

Lösung:
Portalanlage zum Schweißen von Bauteilen bis 10 m Länge und für Stückgewichte bis 5.000 kg. Wichtig war, dass der Roboter sowohl mit Einzeldraht als auch mit Tandembrenner arbeiten sollte. Im Paket sollte auch die Möglichkeit der Offlineprogrammierung enthalten sein.

Ergebnis:
Der ARC Mate Roboter zieht die Schweißnähte der Greifelemente so gut, dass gegenüber dem Handschweißen der Einspareffekt deutlich im zweistelligen Prozentbereich liegt. Die Lieferzeiten durch Einsatz des Roboters in der Fertigung wurden verbessert. Mit dem Tandem-Brenner schafft der Roboter bei Drahtvorschubgeschwindigkeiten zwischen 11 und 13 m/s bis zu 11 kg pro Stunde. Sehr gute Schweißer kommen pro Schicht auf 15 kg.

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Sicher geschweißt

ARC Mate-Roboter in der Produktion von Lastaufnahmemitteln

Wenn die Lastaufnahmemittel von Axzion im Einsatz sind, darf nichts schief gehen. Denn hunderte von Tonnen schwere Gründungspfeiler von Offshore-Windkraftanlagen müssen sicher auf dem Meeresboden abgesetzt werden. Eine zweite Chance gibt es da nicht. Die Schweißnähte dieser Greifelemente zieht ein vergleichsweise schmächtiger ARC Mate-Roboter von FANUC.

Er macht das so gut, dass gegenüber dem Handschweißen der Einspareffekt deutlich im zweistelligen Prozentbereich liegt. Ray Baumann, Schweißfachingenieur bei Axzion in Neustrelitz: „Unsere Leasingrate für die Anlage holen wir jedenfalls wieder rein.“ Das klingt entspannt, ist aber in erster Linie eine Folge der hohen Qualifikation im Schweißbereich und der Entscheidung, auf eine leistungsfähige Schweißanlage mit FANUC Robotern zu setzen.

Das Werk in Neustrelitz – genauer: die Axzion GKS Stahl + Maschinenbau – gehört seit 2011 zu Axzion-GKS, die ihre Zentrale in Langenfeld (bei Düsseldorf) hat und wiederum zur Spanset-Gruppe, Zürich, gehört.  

Kernpunkte der Produktion in Neustrelitz sind Lastaufnahmemittel und Transportgestelle mit größeren Dimensionen. Solche Gestelle werden beispielsweise benötigt, um Rotorblätter für Windkraftanlagen on- und offshore sicher zu transportieren. Zu den spektakulärsten Lastaufnahmemitteln gehören Greifer, mit denen Rohre zur Gründung von Offshore-Windrädern vom Transportschiff gehoben und an der „Baustelle“ platziert werden. Solche Rohre können einen Durchmesser von sechs Metern und eine Länge von 30, 40 oder gar 60 Metern haben. Solche Lastaufnahmemittel sind oft Einzelstücke, deren Qualität Axzion in der Branche einen guten Ruf eingebracht hat. Ungefähr 40 Prozent der Produktion entfallen auf solche Sonderkonstruktionen und Einzelstücke. Dafür hat Axzion die Entwicklung, Konstruktion und komplette Fertigung im eigenen Haus – nicht zuletzt wegen der erforderlichen Zulassung nach EN 1090-2 EXC 3 und DIN EN ISO 3834-2 . Rund 60 Prozent der Produktion entfallen auf klassische Traversen und Wiederholaufträge. Ray Baumann: „Das sind für uns Standardprodukte.“

Dass solche Traversen binnen kurzer Zeit lieferbar sind – Baumann spricht von zweieinhalb Wochen – ist auch Folge des Robotereinsatzes in der Fertigung.

Ein interessantes Detail der Firmengeschichte: Gründer und Gesellschafter Ehnimb gelang mit der Erfindung des Sicherheitsgurtes, erstmals in einem Volvo eingebaut, ein Meilenstein der Automobilgeschichte.

Nachdem es bereits in der Vergangenheit Erfahrungen mit einem Schweißroboter von Cloos gab, setzt Axzion seit 2016 auf eine neue Anlage, die vom Berliner Systemintegrator H. Euen GmbH schweißtechnische Geräte, realisiert wurde. Vorgaben machte Axzion nur wenige: Es sollte eine Portalanlage zum Schweißen von Bauteilen bis 10 m Länge und für Stückgewichte bis 5.000 kg sein. Da vom Handschweißen beste Erfahrungen mit dem EWM-Verfahren „forceArc“ vorlagen, sollte auch beim automatisierten Schweißen mit einer EWM-Stromquellen gearbeitet werden. Und noch ein weiterer Aspekt sprach für die Kombination EWM/FANUC: Da alle Zulassungen (WPQ) für Schweißverfahren mit EWM-Stromquellen erreicht und die entsprechenden Prozesse qualifiziert wurden, wollte man dabei bleiben und diese Erfahrungen nutzen.

Ebenfalls wichtig für die Aufgabe bei Axzion war es, dass der Roboter sowohl mit Einzeldraht- als auch mit Tandembrenner arbeiten sollte. Eine Vorgabe für das Roboterfabrikat machte Axzion nicht.

Warum FANUC?

Der Systemintegrator wählte den ARC Mate 120iC/12L. Ein Nachfolger dieses Roboters, der ARC Mate 100iD, war zum Zeitpunkt der Auswahl in der Basisversion schon auf dem Markt, allerdings nicht in der Langarmvariante. Dafür ist die eingesetzte Software-Option „ARC Tool“ ganz aktuell. Baumann: „Sicherheit gab uns zusätzlich, dass FANUC der weltweit größte Hersteller ist. Ansonsten haben wir der Expertise von Euen vertraut.“

Der Roboter hängt an einer Verfahrachse mit zehn Metern Verfahrweg.

Entsprechend groß ist der Positionierer, auf dem gespannte Werkstücke auch gedreht werden können. Verfahr- und Drehachse sind als Servoachse direkt in die Robotersteuerung integriert und können von der R-30iB geregelt werden. Als sehr tricky stuft Ray Baumann die Regelung der Werkstück-Drehachse ein. Selbst bei außerhalb der Drehachse liegendem Schwerpunkt dreht die Achse völlig gleichmäßig, so dass auch der Schweißroboter seine Arbeit sehr gleichmäßig verrichten kann. Baumann: „Da hat Euen einen guten Job gemacht.“

Der gestellmontierte ARC Mate
arbeitet kopfüber für effiziente Raumgestaltung

Werkstücke mit einem Stückgewicht von bis zu 5.000 kg können auf der Anlage geschweißt werden.

Baumann: „Wir schweißen keine Zwangspositionen.“ Nahezu alle Schweißnähte werden in PA- und PB-Position geschweißt. Dazu wird am Roboter ein Einzeldrahtbrenner oder ein Tandembrenner verwendet, die in einer Wechselvorrichtung auf dem Portal platziert sind. Dazu gibt es zwei entsprechende Brenner-Reinigungsstationen. Eine Brennerreinigung findet beim Tandembrenner etwa einmal pro Stunde statt.

Per Hallenkran kommt das vorgeheftete Werkstück auf den Drehtisch. Unterschiedliche Aufnahmen, Zwingen und Spannelemente halten das Werkstück so, dass verzugsfrei geschweißt werden kann. Um wirklich sicher zu gehen, setzt Bediener Ronny Hahn auch schon mal einen Schweißpunkt zusätzlich. Schließlich darf dem Roboter der freie Zugang zum Werkstück nicht durch Spannelemente erschwert werden. Und der Bediener muss für eine Roboter-gerechte Aufspannung sorgen, so dass der Roboter auch mit einem möglichst optimalen Anstellwinkel des Brenners die Schweißnaht erreicht.

Dickere Bleche – das sind bei Axzion Bleche über 30 mm – werden auf 100 bis 130°C vorgewärmt.

Quick fact

Die Abschmelzleistung mit Eindraht-Brenner liegt bei gut 5 kg Draht pro Stunde. Mit dem Tandem-Brenner schafft der Roboter bei Drahtvorschubgeschwindigkeiten zwischen 11 und 13 m/s bis zu 11 kg pro Stunde. Sehr gute Schweißer kommen pro Schicht auf 15 kg. Vorteil für den Roboter also.

Einfache Traversen werden inzwischen vollautomatisch und ohne weitere Aufsicht geschweißt.

Im Übrigen würde der erfahrene Ronny Hahn schon am Geräusch des Brenners hören, sollte etwas nicht stimmen. Was aber heißt „einfach“ bei Axzion? „Viele Meter gerade Schweißnaht und ein möglicher Automatisierungsanteil von 85 Prozent“ hält Ray Baumann für optimal. Er hat noch ein weiteres „Qualifizierungsmerkmal“ für die automatisierte Schweißarbeit: „Der Programmieranteil sollte nicht mehr als 20 Prozent der Prozesszeit ausmachen.“ Nur wenn mehrere gleiche Teile geschweißt würden, lohne sich ein höherer Aufwand.
Während auf einem Teil der Anlage der Roboter arbeitet, kann bei nicht allzu großen Bauteilen auf dem anderen Teil der Anlage gerüstet oder das nächste Werkstück geheftet werden.
Manchmal braucht der ARC Mate-Roboter von FANUC noch ein bisschen Unterstützung und die Aufsicht Hahns. Durch die Schweißerbrille den Prozess beobachtend kann er hier und da den Brennerwinkel besser anstellen oder über das Programmierhandgerät iPendant dem Nahtverfolgungssensor nachhelfen.
Bleibt die Frage, ob eine Anlage mit diesem Verfahrweg nicht von vornherein als DualArm-Anlage mit zwei Robotern hätte ausgerüstet werden können? Bei großen Bauteilen ließe sich durch das parallele Schweißen zweier Roboter die gesamte Bearbeitungszeit erheblich verkürzen. Ray Baumann bestätigt, dass über diese Variante im Vorfeld diskutiert worden sei: „An unserer Anlage lässt sich einiges nachrüsten. Wir wollen jetzt aber erst einmal weitere Erfahrungen sammeln und Prozesssicherheit gewinnen. Dann machen wir den nächsten Schritt.
Schließlich sollte auch das Budget eingehalten werden. Auch die übrige Fertigung sowie die Konstruktion müssten  ja mit zusätzlichen Kapazitäten Schritt halten können. Ein Ausbau, so Baumann, sei nicht ausgeschlossen. Erheblichen Anteil am perfekten Anlagenstart hatte, mit seiner Erfahrung und Beratungskompetenz, Systemintegrator H. Euen Schweißtechnik, Berlin.  
Ray Baumann, Schweißfachingenieur bei Axzion in Neustrelitz.

Über Axzion

Sichere Schweißnähte sind überall gefragt, auch bei Axzion in Neustrelitz, einem Hersteller von Lastaufnahmemitteln. Lasten bis über 1.000 Tonnen werden mit deren Greifern und Traversen bewältigt.