ABB IRB 140: Großmeister der Stahlträgerproduktion

Beim innovativen Konzept der SR Compact-Linie kann der Handlingsroboter dank eines „Tunnels“ unterhalb des Schweißroboters durchfahren. (Bilder: x-technik)

Das 1965 gegründete, österreichische Stahlbauunternehmen Zeman hat sich zu einem international agierenden Stahlbaukonzern mit mehr als 20 Betrieben und rund 600 Mitarbeitern entwickelt, der heute nach wie vor vollständig in Hand der Familie ist und in der zweiten Generation von Mag. Peter Zeman, dem Sohn und Nachfolger des Firmengründers, gemeinsam mit seinem erfahrenen Managementteam geführt wird.

Das Angebotsspektrum reicht von komplexen Stahlkonstruktionen, Hallen für Fertigung und Logistik über Sportstätten sowie Architekturstahlbau bis hin zum Maschinen- und Anlagenbau. Neben Beratung und Planung gehören auch Bauabwicklung, Herstellung und Montage sowie Logistik- und Softwarelösungen zum Leistungsportfolio des Unternehmens. „Von der Halle bis hin zur maschinellen Ausstattung bietet Zeman umfassende Komplettleistungen aus einer Hand“, erläutert Werner Kollau, der die Geschäfte der Zeman Bauelemente ProduktionsgmbH in Scheifling (Stmk.) führt.

Bei der platzsparenden Kompakt-Variante der SBA-Linie verfahren Handlings- und Schweißroboter auf einer gemeinsamen Schiene.

Werner Kollau
Geschäftsführer der Zeman Bauelemente ProduktionsgmbH

„Seit unserem ersten Robotereinsatz vor mehr als 15 Jahren hat uns ABB stets mit großem Engagement begleitet. Diese enge Partnerschaft hat wesentlich dazu beigetragen, dass wir uns als Maschinen- und Anlagenbauer extrem weiterentwickeln konnten.“

Maschinen für den konstruktiven Stahlhochbau

Das Werk in Scheifling fungiert dabei als Maschinenbau-Kompetenzzentrum der Zeman-Gruppe. Mit rund 70 Mitarbeitern entwickeln und produzieren die Steirer dort Maschinen zur Herstellung von Leichtbauelementen für Fertigungsbetriebe im konstruktiven Stahlhochbau. „Wir realisieren Anlagen speziell nach kundenindividuellen Anforderungen – von der Konstruktion bis zur Endmontage. Und das weltweit, ob in ganz Europa, in Nord- und Südamerika über Australien und Neuseeland bis hin zu Russland, China, Indien oder sogar Japan“, betont Kollau, der fortfährt: „Eine hohe Fertigungstiefe, modernste Produktionstechnik und nicht zuletzt unsere eigene, jahrelange Erfahrung aus der Anwendungs- und Fertigungstechnik sind die Grundpfeiler für die hohe Qualität unserer Maschinen.“

Zudem steht bei Zeman die Verwirklichung innovativer Ideen seit jeher im Vordergrund. So auch beim „Steel Beam Assembler“, einer revolutionären Fertigungslinie, die ermöglicht, fast jede Art von Stahlträgern ohne manuelle Einwirkung vollautomatisch weiterzuverarbeiten.

Mittels Magnetgreifern nimmt der Roboter die unterschiedlichen Anbauteile sicher auf und positioniert sie am Träger.

Martin Moosbacher
Projektmanager bei ABB Robotics Österreich

„Bei Anlagen von Zeman sprechen wir von Robotereinsatz auf allerhöchstem Niveau, der in seiner Komplexität weltweit seinesgleichen sucht. Ihre hohen Anforderungen und innovativen Ideen treiben uns als Roboterhersteller voran, wovon letztendlich all unsere Kunden profitieren.“

Revolution im Stahlträgerbau

Für gewöhnlich verarbeitet ein Großteil der Stahlbauer ihre Stahlträger nach wie vor manuell. Das bezieht sich auf den Zusammenbau eines Konstruktionselements durch Anschweißen von Kopf- bzw. Fußplatten, Anschlusslaschen oder Versteifungen, die aus statischen und konstruktiven Gründen notwendig sind. Eigentlich klingt es fast zu schön, um wahr zu sein: Der Steel Beam Assembler (SBA) führt diese Arbeiten völlig automatisch durch. „Auf dem einen Ende landen die einzelnen, vorgefertigten Anbauteile auf einem Fließband oder Tisch, auf dem anderen Ende kommt innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit ein perfekt zusammengebauter Stahlträger heraus“, drückt es Kollau vereinfacht aus. Der Bediener hat lediglich die Aufgabe, die Maschine zu überwachen.

Dank des modularen Konzepts sind mehrere Varianten der Anlage, die sich dadurch exakt auf die individuellen Bedürfnisse jedes einzelnen Stahlbauers anpassen lässt, verfügbar. Für das Handling der Teile und das Schweißen werden bis zu fünf Roboter pro Fertigungslinie eingesetzt. „Seit unserem ersten Robotereinsatz vor mehr als 15 Jahren hat uns ABB stets mit großem Engagement begleitet. Aufgrund dieser eng zusammengewachsenen Partnerschaft werden bei unseren Anlagenlösungen ausschließlich ABB-Roboter verbaut“, zeigt sich Kollau zufrieden. Das Herzstück der Anlage ist dabei die von Zeman eigens dafür entwickelte Steuerungssoftware, die als Leitsystem für die gesamte Anlage fungiert und mit der in der Arbeitsvorbereitung das Fertigungsprogramm aus dem CAD generiert wird.

Dank hochmoderner Sensorik gleicht der Schweißroboter Toleranzen des Stahlträgers automatisch aus.

Prozesssicheres Teilehandling

Vor dem eigentlichen Fertigungsprozess wird der Stahlträger mittels Stapler oder Kran in die Anlage eingebracht. Zudem werden die Anbauteile manuell auf einen Tisch bzw. ein Förderband gelegt, wo sie zunächst identifiziert werden müssen. „Dabei können gleichzeitig auch Teile für weitere Träger platziert werden. Der Handlingroboter nimmt mittels eines Scanners die 3D-Daten aller Anbauteile auf. Die Software macht anschließend einen Abgleich mit den CAD-Daten, merkt sich die Positionen am Tisch und ordnet die Teile den entsprechenden Trägern zu“, geht Kollau ins Detail.

Und wenn ein Teil verkehrt auf dem Tisch liegt? Kein Problem. Der Roboter legt das Anbauteil einfach in die Wendestation, von wo der Sechsachser das Werkstück von der anderen Seite wieder aufnimmt. „Der Bediener sollte nicht darauf achten müssen, wie er die Teile auflegt. Einzige Vorgabe ist, dass sie nicht übereinander liegen dürfen“, so der Geschäftsführer. Damit der ABB-Roboter des Typs IRB 6700 mit 235 kg Traglast die verschiedenen Anbauteile von 100 x 50 mm bis hin zu 1.400 x 800 mm sicher aufnehmen und am Träger positionieren kann, steht ein Werkzeugwechselsystem mit unterschiedlichen Magnetgreifern zur Verfügung.

Auf Kundenwunsch kann das System optional mit einem Vorwärmbrenner ausgestattet werden, mit dem der Roboter die Werkstücke, zumeist dickere Kopf- bzw. Fußplatten, vor dem Schweißen vorwärmen kann. „Nachdem der Brenner automatisch gezündet wird, fährt der IRB 6700 den zu richtenden Anbauteil nach vorgegebenen Koordinaten, die er aus dem Leitsystem erhält, ab“, bringt Martin Moosbacher, Projektmanager bei ABB Robotics Österreich, ein.

Perfektes Zusammenspiel von Software und Schweißroboter

„Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung wissen wir genau, was im Stahlbau zu beachten ist. Und das sind in erster Linie die Toleranzen des Grundmaterials. Es gibt keinen optimalen Stahlträger. Er kann zu groß, verdreht oder in den Schenkeln ungenau sein“, bemerkt Kollau. Dank der ausgereiften Software hat man dieses Problem bei Zeman allerdings bestens im Griff. Mittels Linien- und Punktscannern am Roboter ermittelt das System die Echtzeitdaten direkt am Träger in der Anlage. „Anhand der erhaltenen Daten wird automatisch ausgemittelt. Bei einem Spalt von bis zu 1,5 Millimeter verwendet der Schweißroboter die normalen Parameter, bis zu 3 Millimeter wird mit Spezialparametern geschweißt. Darüber hinaus kommt die Multi-Layer-Technik zum Einsatz, bei der zuerst der Spalt geschlossen und anschließend nochmals geschweißt wird“, geht Kollau ins Detail. Alles automatisch, ohne dass der Bediener oder die Arbeitsvorbereitung eingreifen muss.

„Beim manuellen Zusammenbau ist die große Schwierigkeit, die geforderten Genauigkeiten der Stahlkonstruktionen einzuhalten. Alleine beim Vermessen durch Mitarbeiter passieren oftmals Fehler, die man erst auf der Baustelle beim Verbauen der Träger bemerkt. Und dann wird es wirklich teuer“, verdeutlicht Moosbacher. Dank des Robotereinsatzes sei eine Fertigung ohne Fehler in einem Bruchteil der Zeit gewährleistet. Dies kann Werner Kollau nur bestätigen: „Der große Vorteil unserer Anlagen ist der automatische Zusammenbau in höchster Präzision und Geschwindigkeit. Was bei der herkömmlichen, manuellen Bauweise pro Anbauteil durchschnittlich rund sechs Minuten dauert, schaffen wir dank der Roboter in lediglich einer Minute.“

Innovative Kompakt-Variante

Seit Kurzem bietet Zeman mit der SR Compact eine neue, platzsparende Variante der SBA-Anlagen an. „Diese Neuentwicklung ist hauptsächlich für kleinere Stahlbauer gedacht, bei der der Investitionseinsatz geringer ist“, bemerkt der Geschäftsführer. Im Gegensatz zu den klassischen Anlagen verfahren Handlings- und Schweißroboter bei der SR-Linie (Single-Rail) auf einer gemeinsamen Schiene. Die Besonderheit ist allerdings, dass bei diesem innovativen Konzept der große und kräftige Handlingsroboter dank eines „Tunnels“ unterhalb des Schweißroboters durchfahren kann. „Beispielsweise beim Anbau von Kopfplatten ist die dadurch gewonnen Flexibilität notwendig“, so Kollau.

Bei den Großversionen der SBA-Anlage wird für das Schweißen üblicherweise ein ABB-Roboter des Typs IRB 140 eingesetzt. „Bei den herkömmlichen SBAs erreicht der kleine Roboter dank der drei externen Achsen Längsfahrbahn, Höhenhubwerk und Querfahrbahn jede Position am Träger. Die fehlende Querfahrbahn der Kompaktanlage gleicht der größere IRB 2600 ID (Anm.: integriertes Schweißschlauchpaket) mit mehr Reichweite wieder aus“, erläutert Moosbacher. Eine Herausforderung bei dieser Variante war, mögliche Kollisionen der beiden Roboter mit doch großen Schwenkbereichen zu vermeiden. „Die automatische Kollisionsüberwachung ist Teil der Software im Leitsystem und stellt sicher, dass sich die Beiden nicht in die Quere kommen können“, versichert Geschäftsführer von Zeman.

Robotereinsatz auf allerhöchstem Niveau

Das Service der Anlagen wird weltweit von Zeman selbst übernommen. Dabei profitiert man selbstverständlich auch von der globalen Servicepräsenz von ABB. Dies sei laut Kollau ein weiteres Argument, ausschließlich auf ABB-Roboter zu setzen – und zudem für jeden Kunden ein sehr beruhigender Umstand. „Die enge Partnerschaft mit ABB hat wesentlich dazu beigetragen, dass wir in all den Jahren großes Know-how aufbauen und uns als Maschinen- und Anlagenbauer extrem weiterentwickeln konnten“, weiß Werner Kollau. Mittlerweile arbeiten alleine fünf Mitarbeiter permanent an der Weiterentwicklung der Anlagen und vor allem der Software.

Selbst bei ABB ist man vor allem von der vielfältigen Kombination komplexer Roboteraufgaben beeindruckt. „Zeman ist daher einer von wenigen Kunden, die im direkten und sehr engen Kontakt zur Entwicklungsabteilung von ABB in Schweden stehen. Diese Zusammenarbeit ist uns sehr wichtig, da ihre hohen Anforderungen und innovativen Ideen uns als Roboterhersteller sehr vorantreiben“, so Martin Moosbacher, der zum Abschluss noch weiter Rosen streut: „Zeman ist ein Musterbeispiel für einen Systemintegrator, der mit der Anzahl der Anlagen kontinuierlich dazugelernt hat. Das ist Robotereinsatz auf allerhöchstem Niveau, der in seiner Komplexität weltweit seinesgleichen sucht.“