Schweißroboter von IGM überzeugen auf ganzer Linie

Die im Herbst 2011 in Betrieb genommene Anlage 14 ist die bisher größte. Ihr Manipulator ist ein hydraulisch angetriebener Hub-Dreh-Kipptisch mit einer Tragkraft von 25 Tonnen.

Infos zum Anwender

Die Liebherr-France SAS bietet mit den in Colmar gefertigten Raupenbaggern ein gut abgestuftes Typenprogramm von 20 t bis 100 t Dienstgewicht. Das Programm beinhaltet auch eine Vielzahl von Sondergeräten für Spezialaufgaben wie z.B. Abbruch, Materialumschlag, Pontoneinsatz und Tunnelvortrieb.

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Autor: Martin Wohlgenannt / Technischer Fachredakteur

Das Unternehmen produziert in Colmar neun Typen von Hydraulik- und Elektro-Raupenbaggern zum Beispiel für Tiefbau, Gewinnungsindustrie, Abbruchtechnik, Tunnelbau, etc. Die leichtesten Bagger bringen 21 Tonnen auf die Waage, arbeiten mit einer Leistung von 105 kW, die schwersten wiegen 100 Tonnen und verfügen über 400 kW. Mit 23 Varianten von Spezialgeräten bieten die Bagger in allen Einsatzfälle ein hohes Leistungspotenzial.

Die Roboterschweißanlagen sind in den Materialfluss zwischen Zuschnitt und mechanischer Bearbeitung eingebunden. Es werden Drehbühnen, Unterwagen und Ausleger für alle fast Baggertypen geschweißt außer für jene, deren große Dimensionen derzeit noch Handschweißung erfordern. Die Werkstücke wiegen zwischen zwei und acht Tonnen, in speziellen Fällen bis 15 Tonnen. Geschweißt wird mit dem MAG-Verfahren. Danach wird mechanisch bearbeitet. Zum Schluss erfolgt die Grundierung und Lackierung mit der gewünschten Farbe und die Weiterführung zur Endmontage.

Die 12 bis 22 Millimeter dicken Bleche werden, meist mit mehrlagigen Kehlnähten mit a-Maßen zwischen 6 und 25 Millimetern und Stumpfnähten mit V- oder HV-Nahtvorbereitung verbunden. Die Schweißroboteranlagen sind so konzipiert, dass möglichst immer in Wannenlage oder zumindest in waagrechtem Verlauf geschweißt werden kann. Beim Roboterschweißen entstehen Nähte mit tiefem Einbrand und gleichbleibend hoher Qualität. Aus diesem Grund reicht als Qualitätskontrolle einer eingehende Sichtprüfung. Entsprechend programmierte Schweißfolgen sorgen dafür, dass der thermische Verzug der Werkstücke innerhalb der vorgegebenen Toleranzen von ± 3 mm bleibt. Deshalb erfordern nur wenige Werkstücke ein nachträgliches thermisches Richten.

Die neue Anlage 14 ermöglicht das Schweißen komplexer Werkstückgeometrien in einem Raum von 25 m Länge, 4 m Breite und 2 m Höhe - zum Beispiel Drehbühnen für Bagger im höheren Leistungsbereich.

Fast drei Jahrzehnte Erfahrung mit Roboterschweißanlagen von igm

1984, zwei Jahre nachdem igm die ersten Knickarm-Roboter auf den Markt gebracht hatte, schaffte die Liebherr France SAS in Colmar den ersten Schweißroboter dieses Herstellers an. Er bewährte sich und inzwischen arbeiten hier 14 Schweißroboteranlagen, die in der Reihenfolge ihrer Anschaffung nummeriert wurden. Die 1984 installierte "igm1" schweißte über 25 Jahre lang Drehbühnen für die Bagger der Typen R 906 bis R 936 bzw. deren Vorgängermodelle. Seit 2006 werden diese Bauteile auf der Anlage 11 geschweißt, die baugleich mit der Anlage 9 ausgeführt ist. Sie sind mit je zwei L-Manipulatoren mit einer Tragkraft von 15 Tonnen ausgerüstet. Diese bringen das Werkstück mit einer Hub- und zwei Drehachsen in die optimale Schweißposition. Während die zwei Schweißroboter gleichzeitig auf einer Arbeitsstation schweißen, wird das nächste Werkstück auf dem anderen Manipulator aufgespannt; oder es wird ein fertiges abgespannt und dem nächsten Arbeitsschritt zugeführt. Vor dem Abspannen führt der Maschinenbediener noch eventuell erforderliche Schweiß-Nacharbeiten an Stellen durch, die für den Schweißroboter nicht zugänglich sind. Über 95 Prozent der Schweißnähte werden durch Roboter geschweißt. Die Anlage bleibt blockiert, wenn die Werkstücke nicht korrekt auf den hydraulischen Spannvorrichtungen aufgespannt sind.

Anlage "igm 2" schweißt seit 1985 Mittelstücke für mittelgroße Bagger. Ein Bagger-Unterwagen besteht aus zwei Längsträgern und einem Mittelstück. Ebenso wie die Anlage 10 verfügt sie neben zwei Sechsachs-Schweißrobotern über zwei L-Manipulatoren mit jeweils zwei Drehachsen. Sie wird derzeit mit digitalen Schweißstromquellen auf den neuesten technischen Stand gebracht. Anlage 7, direkt neben 2, schweißen Unterwagen für Bagger größerer Bauart. Sie ist ein Sonderfall, denn ihre zwei Schweißroboter arbeiten nur mit einem L-Manipulator. Mit 17 Metern in der Länge, 2,5 Metern Breite und 1,5 Metern Höhe verfügt "igm 9" über einen beachtlichen Arbeitsbereich. Sie nutzt ihn mit zwei gleichzeitig arbeitenden Sechsachs-Schweißrobotern und zwei Manipulatoren mit je einer Hubachse und zwei Drehachsen.

Von 1988 bis 2005 schweißte das Werk Kraftstoff- und Hydrauliktanks auf Anlage 3. Heute werden die Tanks zugekauft, weil der Platz für die Erweiterung anderer Produktionsaktivitäten benötigt wird. Ebenfalls 1988 wurde die Anlage 4 in Betrieb genommen. Sie schweißt Drehbühnen für mittelgroße Baggertypen und verfügt über zwei Wendevorrichtungen mit horizontaler Achse. Wie bei den meisten anderen Anlagen verfügen die zwei Sechsachs-Schweißroboter mit einem Längs-, Quer- und Höhenfahrwerk über zusätzliche drei Achsen. Bereits ein Jahr später installierte Liebherr die Anlage 5, die derzeit mit neuen Schweißstromquellen, Kabelschleppeinrichtungen, Führungen etc. aufgerüstet wird. Auf dieser Anlage werden unter anderem Längs- und Quernähte von bis zu fünf Tonnen schweren Monoblock-Ausrüstungen geschweißt. Der Monoblock ist jener Teil des Bagger-Auslegers, der direkt an der Drehbühne montiert ist.

Höchst flexible Schweißnahtvorbereitung

Auf der im Jahr 1997 installierten Fasenschneidmaschine "igm 6" erhalten die 12 bis 22 Millimeter dicken Blechteile sowohl an geraden als auch an gekrümmten Schnitten Anfasungen zur Schweißnahtvorbereitung. Der Schneidkopf wird von einem optischen Sensor entlang der Kanten geführt. Auf diese Weise hält die Maschine das Stegmaß auch bei Wärmeverzug mit einer Genauigkeit von ± 0,5 mm ein. Da die Fasenwinkel auch während des Anfasvorganges beliebig einstellbar sind, sind sowohl Ober- als auch Unterschnitte möglich. Eine Besonderheit der Fasenschneidmaschine ist der Brennschneidtisch, dessen Auflagespitzen genau dort hochgefahren werden, wo sie zur Auflage des Werkstücks nötig sind. Alle anderen Spitzen bleiben in abgesenkter Position und sind so vor unnötigem Verschleiß geschützt.

Die Baggerproduktion in Colmar verbaut jährlich 20.000 Tonnen Stahl S355. Die Eigenschaften des Stahls sind für Einsatztemperaturen bis -40 °C optimiert.

Manipulatoren mit bis zu 25 Tonnen Tragkraft

Die bisher neuesten Anlagen wurden in den Jahren 2006, 2008 und 2011 in Betrieb genommen. Anlage 8, von igm liebevoll "Blaue Elise" genannt, schweißt Drehbühnen für mittelgroße Baggertypen und ist sehr komplex aufgebaut. Sie verfügt über ein fahrbares Portal, wobei die linke und rechte Antriebsachse gekoppelt sind. Auf der Brücke des Portals sind zwei Sechsachs-Schweißroboter des Typs RT mit je einem Längs-Quer-Höhenfahrwerk installiert. In Summe sind das 20 Achsen. Dazu kommen noch die Achsen der beiden Wendevorrichtungen mit je einer Wendevorrichtung, einer Planscheibe und einer Höhenverstellung. Insgesamt hat die Robotersteuerung der Anlage also 28 gesteuerte Achsen unter Kontrolle.

Auf Anlage 12, die neben den beiden Schweißrobotern über zwei L-Manipulatorstationen mit einer Tragkraft von 15 Tonnen verfügt, entstehen Mittelstücke für Großbagger. Die im gleichen Jahr in Betrieb genommene "igm 13" schweißt Vorbaugruppen wie Kabinenkasten und Kühlerkasten. Um alternierend drei verschiedene Produkte schweißen zu können, arbeitet sie mit drei Schweißstationen. Zwei Stationen verfügen über Manipulatoren mit einer horizontalen Drehachse, die dritte Station über einen L-Manipulator, auf dem fünf Tonnen schwere Werkstücke aufgespannt werden können.

Die im Herbst 2011 in Betrieb genommene Anlage 14 ist die bisher größte. Ihr Manipulator ist ein hydraulisch angetriebener Hub-Dreh-Kipptisch mit einer Tragkraft von 25 Tonnen. Auffallend an dieser Anlage ist die extrem kompakte Bauweise. Ihre NC-Steuerung ist in die Robotersteuerung integriert. Der Hubarm des Manipulators ist fünf Meter lang. Damit das Beladen auf Bodenniveau erfolgen kann, musste eine 2,5 Meter tiefe Grube vorgesehen werden. Die Anlage ermöglicht das Schweißen komplexer Werkstückgeometrien in einem Raum von 25 m Länge, 4 m Breite und 2 m Höhe. Auf dieser Anlage können Werkstücke mit einem Gewicht bis 20 Tonnen geschweißt werden, zum Beispiel Drehbühnen für Bagger im höheren Leistungsbereich.

In ihrem Werk in Colmar produziert die Liebherr-France SAS neun Typen von Hydraulik- und Elektro-Raupenbaggern. Über 95 Prozent der erforderlichen Schweißnähte werden von igm-Schweißrobotern hergestellt. (Bildquelle: Liebherr-France SAS)

Schweißnahtführung durch Programm und Sensorik

Alle Schweißzellen sind lichtschrankengesichert. Die Absicherung der Schweißzellen wird regelmäßig durch AVAVE, das französische Pendant zum TÜV, überprüft. Fünf Programmierer erstellen die Schweißprogramme und sorgen für Parametrierung und Optimierung. Derzeit werden etwa 60 Prozent der Programmierung Offline durchgeführt. Die 3D-Offline-Programmierung am PC verwendet Original-Software der Robotersteuerung und des igm Programmierhandgerätes K5 und erlaubt es, das Schweißprogramm auch auf optimale Pfadgenerierung und Kollisionen zu überprüfen. Bereits vorhandene Programmbausteine können in Schweißprogramme eingefügt werden und sind nur noch zu parametrieren. Alle Schweißroboter sind mit den Offline-Programmierarbeitsplätzen vernetzt. Direkt am Schweißroboter lassen sich mit dem Programmierhandgerät alle Funktionen des Roboters steuern. Das 1,3 kg leichte Gerät verfügt über ein Farbdisplay und eine alpha-numerische Tastatur.

Gegenseitige Innovations-Impulse für erfolgreiche Weiterentwicklungen

Die Baggerproduktion in Colmar verbaut jährlich 20.000 Tonnen Stahl S355, der unter der Liebherr-internen Bezeichnung LH 380 geführt wird. Die Eigenschaften des Stahls, insbesondere die Kerbschlagarbeit, sind für Einsatztemperaturen bis -40 °C optimiert. Die 300 Tonnen Schweißdraht, die das Werk jedes Jahr für seine Baggerherstellung benötigt, werden etwa je zur Hälfte per Schweißroboter und per Handschweißung verarbeitet. Das Schutzgas für die MAG-Schweißungen, ein Mischgas aus 82 % Argon und 18 % CO2, gelangt über ein werkseigenes Verteilnetz vom zentralen Gastank zu den einzelnen Schweißarbeitsplätzen.

Stephan Kohler, Stahlbauleiter im Liebherr-Werk Colmar, hebt die konstante Qualität der Roboterschweißungen hervor und die zuverlässige Wiederholbarkeitswerte bei der Einhaltung der Toleranzen. Wie er weiter ausführt, erreicht die technische Verfügbarkeit der Schweißroboter mehr als 95 Prozent. Die Kapazität Schweißnaht pro Schicht liegt beim Roboter so hoch wie bei drei Handschweißern. Handschweißen ist eine sehr beanspruchende Tätigkeit und es besteht ein großer Mangel an qualifizierten Schweißern.

Als im Jahr 1984 die Zusammenarbeit zwischen Liebherr-France und igm begann, konnte der österreichische Roboterhersteller als einziger eine Anlage bauen, die mit zwei Robotern gleichzeitig an einem Werkstück schweißte. Außerdem verfügten die Schweißroboter dieses Herstellers über Fahrbahnsysteme und Manipulatoren, die in die Steuerung integriert werden konnten. Dazu kommt, dass diese Anlagen stets mit höchst fortschrittlichen Schweißtechnologien ausgerüstet wurden, zum Beispiel mit Tandem-Schweißbrennern, vier Schweißstromquellen mit 900 Ampere etc. Das Ergebnis überzeugte auf der ganzen Linie. Wie aus den hier beschriebenen Anlagen zu ersehen ist, erfüllte igm in jahrzehntelangem Erfahrungsaustausch mit dem Anwender immer wieder spezielle Anforderungen, aus denen zielgerichtete gegenseitige Impulse für Weiterentwicklungen resultierten.

Der weitere Ausbau der Schweißroboter-Kapazitäten, den Liebherr-France in den nächsten Jahren plant, hat zum Ziel, auch Bauteile von Großbaggern, die bis jetzt wegen ihrer großen Dimensionen von Hand geschweißt werden, zukünftig mit Roboteranlagen zu schweißen. Aufgrund der jahrzehntelangen guten Erfahrungen mit igm sind Know-how und Schweißroboter dieses Herstellers in die Planung mit einbezogen.