Best of Industry Award Automatisiertes Schweißen war noch nie einfacher

Mit der TruArc Weld 1000 von Trumpf gelingt der schnelle Einstieg ins automatisierte Lichtbogenschweißen. Die einfache Bedienung erlaubt jedem das Schweißen innerhalb weniger Minuten. Zudem sorgt der integrierte Cobot für Reproduzierbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Deshalb ging an Trumpf der Best of Industry Award 2021 in der Kategorie Robotik & Automatisierung.

Trennen, biegen, fügen. Das Grundprinzip bei der Blechbearbeitung ist immer das gleiche, die Prozesse sind ähnlich. Ein flaches Blech wird über eine Schneid- oder Stanzmaschine getrennt, über eine Biegemaschine in Form gebracht und anschließend gefügt, beispielsweise über das Schweißen. Die Prozesskette klingt simpel und unproblematisch. Wieso der Schritt des Fügens dennoch besonderer Aufmerksamkeit bedarf, soll ein kurzes Beispiel verdeutlichen: Ein Sichtteil aus Edelstahl mit einer Dicke von 1 Millimeter muss nach der Bearbeitung gut aussehen. Ein solches Bauteil wird innerhalb von einer halben Minute geschnitten und anschließend gebogen – Prozesse, die in der Regel bereits stark optimiert wurden.

Das akkurat geschnittene und präzise gebogene Bauteil wird nun im Anschluss manuell geschweißt. Dieser Schritt kostet selbst bei erfahrenen Schweißern nicht nur Zeit, sondern erfordert im Anschluss noch eine Nacharbeit.

10 Minuten dauert es ungefähr, das Blech zu heften und zu schweißen. Hinzu kommen 15 weitere Minuten, oft sogar mehr, für die Nacharbeit, bei der geschliffen und poliert wird. Der Prozess des Fügens nimmt somit mit Abstand die meiste Zeit von allen Prozessschritten in Anspruch. Erschwerend hinzu kommt der Fachkräftemangel. Gut ausgebildete Schweißer sind immer schwieriger zu finden, Tendenz weiter sinkend, da das Handschweißen für die junge Generation schlichtweg zu unattraktiv ist.

Eine weitere Herausforderung sind Qualitätsschwankungen, die selbst bei erfahrenen Schweißern nicht ausbleiben. Zeitgleich steigen im Schweißen aber die Qualitätsanforderungen, die durch manuelle Arbeit immer schwieriger zu erfüllen sind. Man weiß, wie eine Schweißnaht aussehen kann, weshalb viel in die Nacharbeit investiert werden muss, um diese Qualität gewährleisten zu können. Hinzu kommt der Trend sinkender Losgrößen.

Integrierter Cobot schweißt automatisch

Diese Anforderungen aus dem Markt wurden aufgenommen und in der TruArc Weld 1000 umgesetzt. Mit der Maschine steigen Anwender einfach ins automatisierte Lichtbogenschweißen ein, indem sie ohne großen Aufwand den integrierten kollaborativen Roboter über das Bauteil führen, der im Anschluss die Schweißnaht automatisch ausführt.

Im Fokus der Entwicklung standen Wirtschaftlichkeit und Einfachheit. Wirtschaftlichkeit, da Reklamationen und Nacharbeiten vermieden werden, indem die Schweißqualität reproduzierbar verbessert wird. Einfachheit, weil das Programm im Vorfeld ohne spezielle Programmierkenntnisse durch einen ausgebildeten Schweißer erstellt und im Anschluss von jedem ausgewählt und somit die Maschine von jedem bedient werden kann. Das Beispiel eines gewöhnlichen Bauteils soll die intuitive Programmierung verdeutlichen: Am Anfang wird eine einfache Kehlnaht gewählt. Abhängig von Blechstärke, Material, Stoßart sowie Schweißrichtung und -lage wählt man den richtigen Parametersatz, der ins Programm eingetippt wird. Trumpf stellt mit der Maschine bereits eine umfangreiche Sammlung an Schweißparametern für das Standardschweißen und für die Option CMT (Cold Metal Transfer) bereit. Insgesamt umfasst die Datenbank bereits über 300 Parametersätze und sie wächst ständig weiter. Anwender können auch eigene Parameter verwenden.

Ab diesem Punkt arbeitet der Anwender so gut wie nicht mehr mit dem Roboter-Touchpad. Stattdessen schaltet er über einen Fußtaster oder einen Taster am Brenner alle Roboterachsen frei, um ihn einfach per Hand zu bewegen. Der Anwender greift dann den Roboter und zieht ihn zu den einzelnen Wegpunkten, die er per Knopfdruck speichert. Ein weiterer Knopf speichert den Schweißnaht-Anfangspunkt. Dort kommt auch das Wissen des Schweißers ins Spiel, der u. a. den richtigen Winkel des Brenners zur Naht kennt. Eine konstant leuchtende Lampe im Knopf zeigt an, dass der Schweißprozess aktiviert ist. Um den Prozess am zweiten Punkt zu beenden, muss der Knopf erneut gedrückt werden. Und damit ist das Ende der Bahn programmiert und der Schweißprozess kann gestartet werden.

Zwischen diesen beiden Punkten können beliebig viele Punkte programmiert werden, um Konturen zu schweißen. Selbst bei komplexeren Bauteilen bleibt das Prinzip das gleiche, denn auch bei 25 Nähten ist der Ablauf der gleiche, dass man sich einer Bahn nähert, eintaucht, startet, stoppt, raustaucht und zur nächsten Bahn übergeht.

Eine weitere Besonderheit, auf die Trumpf bei der TruArc Weld 1000 großen Wert gelegt hat, war die intuitive Bedienung. Das Programmieren geht leicht von der Hand, da direkt mit dem Brenner gearbeitet wird und entsprechende Lichtsignale direktes Feedback an den Anwender geben. Im Anschluss aktiviert er den Automatikmodus und deaktiviert das Touchpad, sodass jeder andere nun mit der zentralen Bedieneinheit arbeiten und den Prozess einfach via Knopfdruck starten kann. Wiederholbare, planbare und anpassbare Qualität ist das Ziel.

Rüsten und schweißen gleichzeitig

Ein weiterer Vorteil der Maschine ist die mögliche Teilung des Arbeitsbereiches. Dazu befindet sich im Inneren eine Trennwand, die sich hoch- und runterfahren lässt. Auf diese Weise können entweder ein großes Teil im Einstationenbetrieb oder zwei kleinere Teile im Zweistationenbetrieb bearbeitet werden.

Der Roboter schweißt im Einstationenbetrieb typischerweise Teile mit einer Größe bis 2000 Millimeter × 600 Millimeter × 600 Millimeter und im Zweistationenbetrieb Bauteile mit einer Größe von 600 Millimeter × 600 Millimeter × 600 Millimeter. Die maximal mögliche Bauteilgröße kann allerdings durchaus größer sein, da die Geometrie des Bauteils die Zugänglichkeit des Roboters bestimmt.

Eine weitere Besonderheit ist der Platz, den die Maschine bei einem vermeintlich kleinen Tisch, aber einer großen Aufstellfläche bietet. Dieser Platz gibt der Maschine die Flexibilität, viele Aufgaben, beispielsweise auch bei sehr großen Bauteilen, zu erledigen. Während im Zweistationenbetrieb immer von vorn be- und entladen wird, kann im Einstationenbetrieb auch per Kran beladen werden.

Nachdem die Maschine die einprogrammierte Bahn abgeschweißt hat, sucht sie nach zwei Signalen: 1. Ist die Tür geschlossen? 2. Ist die Trennwand unten? Wenn beide Signale positiv sind, fährt der Roboter auf die andere Seite der Maschine und der Prozess wird wiederholt, sobald der Startknopf gedrückt wird.

Während der Roboter schweißt, öffnet sich die linke Tür und das Bauteil kann entnommen und ein neues eingesetzt werden. So wird schnell ein produktiver Modus erreicht, bei dem auf der einen Seite der Maschine geschweißt und auf der anderen Seite be- und entladen wird. Nach einer kurzen Einführung könnte im Anschluss jeder dieses Bauteil im Zweistationenbetrieb produzieren. Der erfahrene Schweißer gibt den eingestellten Prozess an andere ab und kann sein Fachwissen somit für komplizierte Bauteile nutzen.

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Die TruArc Weld 1000 kann einfach, aber auch komplex

Die Maschine verfügt über drei Modi, die über einen Schlüsselschalter gewechselt werden können: Handbetrieb zum Programmieren, Testbetrieb, um die Bahnen abzufahren, und Automatikmodus, in dem die Bauteile abgearbeitet werden.

Obwohl die Zielgruppe mit kaum Erfahrung im automatisierten Schweißen im Fokus stand, kann die Maschine auch für komplexe Aufgaben eingesetzt werden. Während eine gerade Bahn mit wenigen Knopfdrücken programmiert werden kann, wurden ähnliche Makros in der Maschine vorinstalliert, um auch Radien, Kreisbahnen oder Pendelbewegungen vom Brenner zu ermöglichen. Bei vielen einfachen Bauteilen ist die Rechnung sehr schnell zugunsten der Maschine, bei komplexen Bauteilen muss die Serie jedoch größer sein, damit es sich auch lohnt.

Ein neues Feature für die TruArc Weld 1000 ist die Drehachse mit Dreibackenfutter für das einfache Schweißen von Rohren. Damit lassen sich nicht nur Rohre leicht einspannen, sondern beispielsweise auch Platten mit Standard-Lochmuster, um Bauteile in Wannenlage zu schweißen.

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