Cloos Qirox: Cloos - Vollautomatisch schweißen in Perfektion

Scharmüller Kupplungssystem K80: Spielfreies Kuppeln schont nicht nur Schlepper und Gerät, sondern erhöht die Lebensdauer um ein Vielfaches. Mit 30° Schwenkwinkel kann die K80 perfekt eingesetzt werden. Für noch mehr Comfort und Sicherheit sorgen die neuen Verriegelungssysteme von Scharmüller. Ankuppeln erfolgt volautomatisch. Zum Abkuppeln muss lediglich entriegelt werden.

Daniel Brawisch
Bereichsleiter Schweißroboter bei Scharmüller

„Die Konzepte und Lösungen von Cloos im Bereich des automatisierten Schweißens haben uns sehr überzeugt, sodass wir bestimmt auch bei zukünftigen Projekten auf das Know-how dieses Partners vertrauen.“

Autor: Ing. Norbert Novotny / x-technik

Die Scharmüller GmbH & Co. KG aus Fornach (OÖ) ist seit mehr als 60 Jahren spezialisierter Hersteller von Anhängerkupplungen und Lenkungssystemen für die Landwirtschafts- und die Transportindustrie. Schon die ersten Kupplungen in den 50er Jahren sind unter den Landwirten rasch zu einem Qualitätsbegriff geworden.

Heute ist Scharmüller weltweit für seine innovativen Qualitätsprodukte bekannt. Egal ob einfachstes An- und Abkuppeln, spielfreies Kuppeln, neuartige Verriegelungssysteme, oder Zwangslenkungssysteme für Anhänger mit exakter Spurtreue sind bei Scharmüller Standard. Alles nur zu dem Zweck, die Arbeitsbedingungen ob am Feld oder auf der Straße noch komfortabler und sicherer zu gestalten und gleichzeitig die Lebensdauer der Produkte um ein Vielfaches zu erhöhen.

Stefan Windbichler
Geschäftsführer der Cloos Austria GmbH

„So eine verkettete Schweißroboteranlage für den vollautomatisierten, mannlosen Betrieb mit derart logistischen Herausforderungen ist in Europa einzigartig.“

Innovativ auch beim Schweißen

Betrachtet man die Firmengeschichte der Oberösterreicher einmal etwas genauer, findet man diese Innovationskraft auch in der eigenen Produktion wieder. Denn bereits 1987 stellte man bei Scharmüller auf die Fertigung mit Schweißrobotern um. „Aufgrund des kontinuierlich steigenden Auftragsvolumens und der permanent steigenden Kundenanforderungen haben wir uns im Jahr 2012 entschieden, in eine neue, modernere Schweißroboterlösung zu investieren. Um die Schweißfertigung der Anhängerkupplungen mit den bereits optimierten Nachfolgeprozessen wie das Sandstrahlen und Lackieren zu harmonisieren, sollte die neue Anlage ebenfalls vollautomatisiert betrieben werden können“, erinnert sich Daniel Brawisch, Bereichsleiter Schweißroboter bei Scharmüller.

Fündig wurde man letztendlich beim Schweiß- und Roboterspezialisten Cloos, der laut Brawisch mit seinem Konzept einer Schweißlinie mit zwei Heftstationen und vier vollautomatischen Schweißstationen voll überzeugen konnte. Ausgestattet mit sechs Schweißrobotern der neuen QIROX-Generation ist die Anlage seit Mitte Februar im Automatik-Betrieb. „Die neuen QIROX Schweißroboter von Cloos sind bei gleicher Stabilität deutlich schlanker und auch leichter als ihre Vorgänger. In der Praxis führt das zu einer noch besseren Dynamik“, erläutert Stefan Windbichler, Geschäftsführer von Cloos Austria.

Selbst ist der Mann

Zu Beginn der Anlage befinden sich die beiden Heftstationen. Dort werden die Werkstücke, die von einem Bediener auf einem Wendetisch eingespannt werden, zunächst von jeweils einem Roboter geheftet. Danach legt ein Mitarbeiter mittels Kran die Kupplungen auf eine Ablegestation. „Wir haben uns für zwei Heftstationen entschieden, um das Speicherband, das zusätzlich über ein zweistöckiges Pufferband verfügt, ausreichend für eine mannlose Schicht zu befüllen“, so Brawisch und er ergänzt: „Zudem nutzen wir eine Station, um neue Teile für die Schweißstationen zu programmieren.“

Das Erstellen der Schweißprogramme wird von Brawisch selbst und einem weiteren Scharmüller-Mitarbeiter durchgeführt. Dabei muss für einen neuen Kupplungstypen durchschnittlich ein ganzer Arbeitstag einkalkuliert werden. „Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung mit Schweißrobotern haben wir uns in diesem Bereich viel Know-how angeeignet“, meint der Bereichsleiter. Daher werden auch die Spannvorrichtungen bei den Heft- und Schweißstationen von Scharmüller selbst konstruiert und gebaut.

Shuttle weiß Bescheid

Nach dem Heften werden die Kupplungen über das Speicherband zum sogenannten Shuttle befördert, der die vier Schweißroboter mit den zu schweißenden Werkstücken vollautomatisch versorgt. „Über einen Barcode am Werkstück erhält das Shuttle alle nötigen Infos zum Bauteil — unter anderem das Schweißprogramm, dass es per SPS-Steuerung an die jeweils freie Roboterstation übergibt“, geht Daniel Brawisch ins Detail. „Das Shuttle kennt zu jedem Zeitpunkt den Status jeder einzelnen Schweißstation bzw. weiß, welche zur Verfügung steht. Nur so ist eine vollautomatische Bestückung und Entnahme möglich“, bemerkt Stefan Windbichler, der noch ergänzt: „Die Kommunikation bzw. die Abstimmung zwischen Shuttle und den vier Robotern war eine Herausforderung, die in der Praxis ausgezeichnet funktioniert.“

Wenn das Shuttle — übrigens ein auf einer Bodenfahrbahn montierter Manipulator mit Drehvorrichtung — das zu schweißende Bauteil auf dem Werkstückpositionierer des Roboters abstellt, sendet es ein Signal an die Robotersteuerung, das Programm für dieses spezielle Teil zu starten. Das Shuttle verfügt neben einer Belade- auch über eine Endtladevorrichtung, mit der das fertig geschweißte Bauteil auf ein Förderband am Ende der Anlage abgelegt wird. „Nur mit diesem Konzept konnte die vorgegebene Taktzeit von 35 Sekunden für den Be- und Entladevorgang einer Schweißstation erreicht werden“, zeigt sich Windbichler zufrieden. „Unsere Roboter stehen also fast nie“, wirft Brawisch noch ein.

Kurze Suchwege, niedrige Taktzeiten

„Wir erzielen mit dieser Anlage außergewöhnlich gute Schweißergebnisse in bestechender Nahtqualität“, zeigt sich Brawisch hochzufrieden. Einen großen Anteil an der derart hohen Schweißqualität hat für ihn auch der eingesetzte Lasersensor von Cloos, der beinahe für jede Schweißnaht bei Scharmüller eingesetzt wird. „Der Laserabstandssensor fährt die im Programm hinterlegte Schweißnahtstrecke vor dem Schweißen offline ab. Während dieses Scanvorgangs ermittelt der Sensor die Position des Nahtanfangs bzw. -endes, misst Spaltbreiten, spürt Werkstückkanten auf und erkennt Nahtgeometrien“, beschreibt der Schweißroboterspezialist den Messvorgang. Im Anschluss an die Suchfahrt werden die erhaltenen Messdaten mit den programmierten Vorgaben verglichen, Abweichungen korrigiert und der Roboter startet den auf die tatsächliche Werkstücksituation abgestimmten Schweißprozess.

„Um extrem kurze Suchwege zu erzielen, ist der Sensor am Handflansch des Roboters positioniert. Darüber hinaus ist die Brennerstellung für die Suchbewegung nahezu identisch mit der Stellung beim späteren Schweißvorgang. So können wesentlich niedrigere Taktzeiten erzielt werden als bei herkömmlichen Sensoren, die zusätzliche Bewegungen des Schweißroboters erfordern“, beschreibt Stefan Windbichler die Stärken des Lasersensors.

Nachvollziehbarkeit mehr als gegeben

Große Vorteile kann Scharmüller aus der mitgelieferten PDM-Software (Anm.: Prozessdaten-Monitoring) von Cloos ziehen. Dieses Informations- und Dokumentationstool verfügt über Analyse- und Auswertmöglichkeiten mit elektronischer Protokollierung sowohl für die Robotersteuerungen, der Schweißtechnik als auch der Bauteildaten. „Wir wissen über jeden Artikel eines Serienauftrages immer genauestens bescheid, da alles, was in der Anlage passiert, mitdokumentiert wird“, so Brawisch und er fährt fort: „Beispielsweise kann überprüft werden, wo sich das Bauteil befindet. Zudem zeichnet das Tool jede Schweißnaht auf. Somit kann auch im Nachhinein kontrolliert werden, welcher Roboter welches Werkstück geschweißt hat.“ All diese Infos werden von Scharmüller genutzt, die Anlage weiter zu optimieren, auftretende Fehler zu beheben und die heute von den Kunden geforderte, komplette Produktionsdokumentation jedes Artikels zu gewährleisten.

Als Draufgabe erhält die Fertigungslogistik von Scharmüller über das Netzwerk automatisch ein Signal von der PDM-Software, wenn ein Serienauftrag in der Schweißlinie abgeschlossen ist, sodass nächste Schritte von der Arbeitsvorbereitung eingeleitet werden können. „Die Durchlaufzeiten der Anhängerkupplungen haben sich erheblich verbessert“, ist Daniel Brawisch überzeugt, was Stefan Windbichler aber nicht verwundert: „So eine verkettete Anlage für den vollautomatisierten, mannlosen Betrieb mit derart logistischen Herausforderungen ist in Europa einzigartig.“

Den Schritt zur Vollautomatisierung des Schweißprozesses hat das Unternehmen also nicht bereut, was Daniel Brawisch nur bestätigen kann: „Die Konzepte und Lösungen von Cloos im Bereich des automatisierten Schweißens haben uns sehr überzeugt, sodass wir bestimmt auch bei zukünftigen Projekten auf das Know-how dieses Partners vertrauen.“