ABB-Roboter für höchste Performance beim Rohrschweißen

Bauer konnte mit der neuen Roboterschweißanlage von ABB die Kapazitäten deutlich ausbauen. (Bilder: x-technik)

Die Bauer GmbH mit Hauptsitz im steirischen Voitsberg kann mittlerweile stolz auf eine mehr als 90-jährige Unternehmensgeschichte zurückblicken. Als man 1930 mit der Fertigung von Pumpen begann, war nicht vorherzusehen, dass die Marke einmal als Weltmarktführer den gesamten Globus umspannen würde. Das ist nunmehr der Fall: Mit über 650 Mitarbeitern an 16 Standorten dominiert Bauer den Weltmarkt in der Bewässerungs-, Gülle- sowie Abwassertechnologie und beliefert Kunden in mehr als 100 Ländern dieser Erde mit seinen Qualitätsprodukten.

Rund um den Erdball verteilt bewässern Bauer-Beregnungsanlagen über 2,5 Millionen Hektar. Unzählige Güllefässer, Separatoren, Pumpen und Rührwerke erleichtern die Arbeit von zigtausenden Landwirten auf der ganzen Welt. „Wir sehen es als unsere Aufgabe, hochwertige Maschinen zu bauen, mit denen wir die Agrarwelt von morgen prägen“, lebt auch Produktionsleiter Josef Langmann den Bauer-Gedanken mit Leidenschaft. Der eigene Anspruch und nicht zuletzt das Einhalten strenger europäischer Normen sichern dabei allerhöchste Qualität bis ins kleinste Detail. „Ausgesuchte Rohmaterialien, smarte Prozesse, gewissenhafte Qualitätskontrolle und präzise Fertigungstechnik – so entstehen bei uns nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen für die Ewigkeit“, bringt es Langmann auf den Punkt.

Einfaches Rüsten: Dank der raffiniert durchdachten Vorrichtungen erfolgt das Einspannen der Bauteile ergonomisch und werkzeuglos.

Josef Langmann
Produktionsleiter bei Bauer

„Mit der neuen Roboterschweißanlage von ABB konnten wir im Vergleich zur vorherigen Fertigungsmethode eine massive Zeitersparnis realisieren und somit die Kapazitäten in der Rohrfertigung deutlich ausbauen. Zudem ist die Schweißnahtqualität gleichbleibend hoch.“

Automatisiertes Rohrschweißen für mehr Kapazität

Traditionell setzt Bauer auf eine hohe Fertigungstiefe. Vom Stahlbau über die Blechbearbeitung bis hin zur mechanischen Fertigung beherrscht man in Voitsberg nahezu alle wesentlichen Fertigungstechnologien selbst. Selbstverständlich zählt auch das Schweißen zu den Kernkompetenzen der Voitsberger. Bis dato sorgten rund 30 bestens ausgebildete Schweißer für die erforderliche hohe Nahtqualität an den Bauteilen. Um allerdings, bedingt durch das kontinuierlich steigende Auftragsvolumen, über mehr Kapazität in der Rohrfertigung zu verfügen und zudem die eigenen, ohnehin schwer zu bekommenden Schweißfachkräfte zu entlasten, entschied man sich für eine Automatisierung des Rohrschweißprozesses und investierte in zwei baugleiche, maßgeschneiderte Roboterschweißanlagen von ABB.

„Im Anbietervergleich konnte sich letztendlich ABB mit seinem Gesamtkonzept durchsetzen. Das Roboterschweißen war für uns absolutes Neuland, daher war es für uns von essenzieller Bedeutung, dass ABB ein Komplettpaket bot, das auch die Erstellung der Roboter- und Schweißprogramme der zu schweißenden Bauteile inkludierte“, erinnert sich der Produktionsleiter.

Andreas Reich
Projektmanager bei ABB

„Anhand von 3D-Simulationen in der ABB-Software RobotStudio konnten wir Problemstellungen wie mögliche Kollisionen oder die Erreichbarkeit der Schweißpositionen bereits im Vorfeld erörtern und so eine für Bauer bis ins kleinste Detail optimierte Roboterschweißanlage realisieren.“

Schlüsselfertige Gesamtlösung von ABB

Als einer der führenden Robotik-Anbieter hat ABB weltweit bereits über 500.000 Roboter bei Kunden aus verschiedensten Branchen installiert. Auch in der österreichischen ABB-Zentrale in Wiener Neudorf werden die komplexesten Roboteranlagen realisiert. „Gemeinsam mit dem Kunden erarbeiten wir schlüsselfertige Gesamtlösungen, beginnend bei der Anlagenkonzeption und Simulation über das Engineering, die Anlagenprogrammierung bis hin zum produktionsbegleitenden Support während der gesamten Lebensdauer der Anlage“, verdeutlicht Andreas Reich, Projektmanager bei ABB.

Bei diesem Projekt holte sich ABB zudem bewährte Partner an die Seite. Die bitZS Software Engineering GmbH wurde mit der Programmierung der übergeordneten SPS-Steuerung inklusive Sicherheitstechnik beauftragt und unterstützte ABB bei der Erstellung der Roboterprogramme. Den komplexen Vorrichtungsbau realisierte ABB gemeinsam mit der Multinorm GmbH. Mit dem Ergebnis, dass die beiden Roboterschweißanlagen bei Bauer sechs unterschiedliche Rohrtypen mit Durchmessern von 108 bis 254 mm und einer Länge von bis zu sechs Metern vollautomatisiert fertigen. „Um derartige Bauteillängen handhaben zu können, hat ABB speziell für diese Anwendung einen Werkstück-Sonderpositionierer mit sieben Metern Spannweite entwickelt“, weist Andreas Reich noch auf die hohe Flexibilität im ABB-Anlagenbau hin.

Die gesamte Spanntechnik wurde mit pneumatischen Kraftspannern realisiert, die vom Bediener nur noch per Kniehebel verriegelt werden.

Infos zum Anwender

Der Name Bauer ist weltweit ein Begriff, wenn es um effiziente Landwirtschaft geht. Das Unternehmen mit Hauptsitz im steirischen Voitsberg setzt mit nachhaltigen Lösungen in den Bereichen Beregnungs-, Gülle- sowie Abwassertechnik technologische Standards.

Perfektes Zusammenspiel

Dabei ist der Ablauf für den Bediener denkbar einfach. Er muss lediglich die Anlage mit den zu verschweißenden Bauteilen wie etwa das Rohr, Flansche, Muffen und Winkeln bestücken. Dank der raffiniert durchdachten Vorrichtungen von Multinorm an den beiden Bearbeitungsstationen des Werkstück-Sonderpositionierers erfolgt das Einspannen der Bauteile ergonomisch und werkzeuglos. Nachdem zwei ebenfalls von Multinorm gelieferte Bohreinheiten an der Rohrwand vollautomatisch noch zwei Bohrlöcher erzeugen, wird die bestückte Bearbeitungsstation dank einer Rotationsachse in den Schweißbereich geschwenkt. Dort kümmern sich zwei ABB-Roboter des Typs IRB 1660ID, die dank der ABB-Funktion MultiMove mit nur einer Robotersteuerung gesteuert werden, um das Schweißen der Bauteile. „Aufgrund seiner kompakten Bauweise und seines robusten Oberarms, der bis zu 6 kg schwere Schweißbrenner führen kann, eignet sich dieser Robotertyp besonders für das Schweißen“, so der ABB-Projektmanager.

Nach einer automatischen Brennerreinigung und Drahtkontrolle suchen sich die Roboter mittels Antasttechnologie die exakte Schweißposition und arbeiten das ausgewählte Schweißprogramm ab. „Die dabei eingesetzte Lichtbogensensorik, die für eine permanente Korrektur der Schweißbahn in Echtzeit sorgt, gleicht Bauteiltoleranzen automatisch aus und gewährleistet so höchste Prozesssicherheit und -qualität“, geht Andreas Reich ins Detail. Während die Roboter das Werkstück auf der einen Seite schweißen, kann der Anlagenbediener die andere Bearbeitungsstation bereits wieder entladen und neu rüsten. „Und sollte ein Bauteil doch einmal nicht korrekt in der Vorrichtung eingespannt worden sein, verhindert eine Kollisionsdetektion, die den Ablauf sofort abbricht, dass das Werkstück oder der Schweißbrenner beschädigt werden“, ergänzt Roland Zehetner, Geschäftsführer von bitZS.

Raffinierter Vorrichtungsbau

Einen wesentlichen Beitrag zur Prozesssicherheit leisten die komplexen Vorrichtungen, die von ABB in Zusammenarbeit mit Multinorm realisiert wurden. „Im Vorrichtungsbau gibt es speziell für das automatisierte Schweißen stets zwei Hauptaspekte, die zuallererst berücksichtigt werden müssen. Zum einen muss man das Rüsten bzw. Entladen der Anlage für den Bediener so einfach und ergonomisch wie nur möglich gestalten. Zum anderen ist für die Roboter mit den Schweißbrennern die Zugänglichkeit an die Schweißpositionen zu gewährleisten, sodass ohne Probleme durchgeschweißt werden kann“, erläutert Martin Rüpl, Niederlassungsleiter der Multinorm GmbH. „In den überaus clever konzipierten Schweißvorrichtungen der beiden Anlagen stecken enormes Know-how und Ideenreichtum. ABB hat hier hervorragende Arbeit geleistet“, ist Langmann voll des Lobes.

Um aufgrund der außergewöhnlichen Abmessungen des Werkstückpositionierers mit sieben Metern Länge Verwindungen oder Durchbiegungen der Bauteile zu verhindern, wurde bei der Konstruktion der Vorrichtungen auf eine besonders hohe Grundstabilität Wert gelegt. Des Weiteren ist ein Großteil der Komponenten aus nicht magnetisierbaren Aluminium-Edelstahl. Zum Schutz vor Schweißspritzern sind Führungen, Kolbenstangen etc. selbstverständlich mit Blechen verblendet.

Schnelles und einfaches Umrüsten

„Die größte Herausforderung war, die Vorrichtungen so flexibel zu gestalten, dass alle sechs unterschiedlichen Rohrtypen in einem System abgewickelt werden können. Gerade beim Roboterschweißen ist zudem höchste Präzision zwingend erforderlich. Der Roboter fährt immer die gleichen Positionen an, daher muss gewährleistet werden, dass der Bediener die Bauteile exakt positionieren und einspannen kann, wir sprechen hier von Genauigkeiten im Zehntelmillimeter-Bereich“, verdeutlicht Rüpl. Daher wurde die gesamte Spanntechnik mit pneumatischen Kraftspannern realisiert, die vom Bediener nur noch per Kniehebel verriegelt werden. Hohen Bedienkomfort bietet darüber hinaus eine Kugelauflage, wodurch der Bediener das Rohr zuvor sehr einfach in die korrekte Lage drehen kann.

„Um den Rüstaufwand zwischen den einzelnen Rohrtypen zu minimieren, werden eine schnelle und vor allem werkzeuglos wechselbare Wechselaufnahmetechnik und manuell verstellbare Schlitten eingesetzt“, beschreibt Rüpl den komplexen Aufbau. Auch die beiden Flansche werden mittels in zwei Richtungen einstellbaren Aufnahmebolzen exakt positioniert und anschließend pneumatisch gespannt. „Selbst Bauteiltoleranzen können mittels Zwischenbacken im 0,1 mm-Raster unkompliziert und schnell kompensiert werden. Für hohe Prozesssicherheit sorgen außerdem Messbohrungen bzw. -spitzen an den Vorrichtungen, an denen sich der Roboter optimal orientieren kann.“

Virtuelle Inbetriebnahme dank RobotStudio

Überaus wertvoll bereits während der Konzeptphase war die Simulations- und Offline-Programmiersoftware RobotStudio von ABB. „Anhand von 3D-Simulationen in RobotStudio, in das nicht nur sämtliche Daten der ABB-Anlagenkomponenten, sondern auch die der Vorrichtungen, der Schweißbrenner sowie der zu schweißenden Bauteile von Bauer eingespeist wurden, konnten auftretende Problemstellungen wie mögliche Kollisionen oder die Erreichbarkeit der Schweißpositionen bereits im Vorfeld erörtert, analysiert und ausgemerzt werden“, betont Andreas Reich. „Mittels dieser Simulationen konnte ABB mit seinen Partnern eine für uns bis ins kleinste Detail optimierte Roboterschweißanlage entwickeln und schon vor dem konkreten Anlagenbau virtuell in Betrieb nehmen“, berichtet Produktionsleiter Josef Langmann.

In enger Abstimmung mit ABB war Roland Zehetner von bitZS für die übergeordnete SPS-Steuerung, die Programmierung der Schnittstellen zu den einzelnen Anlagenkomponenten sowie die Integration der nötigen Sicherheitstechnik zuständig. „Damit es zu keinerlei Personenschäden kommt, werden neben der Errichtung von Gefahrenzonen selbstverständlich sämtliche Zugangsbereiche überwacht. Der von außen uneinsehbare Schweißbereich wird per Video überwacht. Selbst Fehler beim Einspannen der Bauteile werden gemeldet, da auch jede einzelne Vorrichtung sicherheitstechnisch integriert ist“, weist Zehetner auf die Anlagenkomplexität hin. Auftretende Probleme werden am Display einer HMI visualisiert. „Zusätzliche Anleitungen am Display ermöglichen dem Bediener eine rasche und einfache Fehlerbehebung“, ergänzt er. „Sollte einmal ein Mitarbeiter nicht mehr selbst zu Rande kommen, kann zumeist ein ABB-Techniker per Fernwartung das Problem beseitigen. Ansonsten sind ABB-Techniker sehr zeitnah vor Ort, um die Anlage wieder startklar zu machen“, lobt Langmann den Support von ABB.

Massive Zeitersparnis und gleichbleibend hohe Qualität

Besonders schätzt der Produktionsleiter die ausgezeichnete Zusammenarbeit mit ABB bei der Umsetzung dieser doch sehr komplexen Schweißautomatisierung: „Mit der neuen Roboterschweißanlage von ABB haben wir in ein Rundum-Sorglos-Paket investiert, mit der wir im Vergleich zur vorherigen Fertigungsmethode eine massive Zeitersparnis realisieren und somit die Kapazitäten in der Rohrfertigung deutlich ausbauen konnten.“ Zudem sei die Schweißnahtqualität, die zuvor stark von der jeweiligen Fachkraft abhängig war, dank der neuen Lösung gleichbleibend hoch. Abschließend meint Josef Langmann noch: „Wir sehen auch in anderen Bereichen unserer Schweißfertigung noch großes Potenzial für weitere Automatisierungslösungen mit Robotern, für deren Umsetzung ABB gewiss erster Ansprechpartner sein wird.“