Powerplay von Mensch und Roboter

Rund 15 Mitarbeiter im Dreischichtbetrieb wären nötig, um bei einem Hersteller von Lüftungsrohrsystemen die verschweißten Rohrbögen innen und außen zu verschleifen. Eine integrierte Roboterlösung mit zwei Stationen und einige wenige Mitarbeiter für die unzugänglichen Stellen sichern Top-Qualität zu wettbewerbsfähigen Kosten. Und so werden die Teile heute nicht mehr in Osteuropa, sondern in Ostdeutschland produziert.

Mit der Aufwärtsentwicklung der Arbeits- und Lebensverhältnisse in ehemaligen Billiglohnländern schmelzen deren Kostenvorteile dahin, Produktivitäts- und Kommunikationsprobleme aber bleiben. Gleichzeitig haben sich neue, kostengünstige Roboter- und Handlingsysteme in den letzten Jahren zu einer echten Alternative für eine weitgehend automatisierte Produktion und Montage entwickelt, und so holen mehr und mehr Firmen ihre Produktion wieder zurück. So auch ein Spezialist für Lüftungsrohrsysteme, der die Produktion von Standardrohrteilen für einige Jahre nach Osteuropa verlagert hatte, sich jedoch vor kurzem wieder für die Rückführung nach Deutschland entschloss.

Nach einer objektiven Kosten-/Nutzenanalyse und der Neuausrichtung einer Produktionsstätte in Ostdeutschland fiel die Entscheidung, auf eine pragmatische Kombination aus spezialisierten Fachkräften und einer Roboteranlage zu setzen. Davon versprach sich das Unternehmen eine Steigerung der Produktivität und der Wirtschaftlichkeit; zumal die Konzentration an einem Standort die bisherigen im Vergleich ziemlich hohen Logistik-, Zwischenlager-, Investitions-, Betriebs-, Qualitätssicherungs- und Kommunikations-Aufwändungen deutlich verringern und teilweise sogar komplett eliminieren kann.

Roboter schweißen und verschleifen die Rohrbögen

Die Aufgabenstellung für das Robotersystem umfasste sowohl das Schweißen als auch das qualitätsvolle, vollautomatische Verschleifen von zwei- und dreiteiligen Rohrbögen am Außen- und am Innenradius. Dem Schweißen und dem Verschleifen kommt heute deshalb eine besondere Bedeutung zu, weil die Kunden bezüglich Design und Qualität immer höhere Ansprüche stellen. Andererseits gibt es im Bereich Rohrsysteme einen hohen globalen Wettbewerbsdruck, dem man durch eine möglichst hohe Automatisierung begegnen wollte.

Allerdings stellte sich die Suche nach einem kompetenten Hersteller für eine solche kombinierte Roboteranlage als gar nicht so einfach heraus, weil zum Beispiel die Hersteller von Schweißanlagen abwinkten und sich für den Bereich Verschleifen als nicht zuständig oder sogar als diesbezüglich überfordert erklärten. Erst das „Umdrehen“ der Sichtweise, nämlich einen Partner für das Roboter-Verschleifen zu suchen, brachte den Zugang zur heutigen Lösung, einer vollautomatischen Roboterzelle zum Schweißen und Verschleifen der besagten Rohrbögen.

Multifunktionale Roboteranlage

Nach eingehenden Gesprächen und Abstimmungen wurde die SHL Automatisierungstechnik AG aus Böttingen, Spezialist für Roboterschleif- und Polieranlagen, mit der Realisierung einer Roboter-Systemlösung beauftragt, die folgende Prozessabläufe integriert: Aufnahme je eines zwei- oder dreiteiligen Rohrbogens ab Werkstückpalette, Führen und Positionieren des Werkstücks zum Rundnahtschweißen in der Schweißstation, Verschleifen des Werkstücks am Außenradius an Bandschleifmaschinen, Absetzen des Werkstücks in einer Übergabestation, Aufnahme des Werkstücks durch einen weiteren Roboter, Verschleifen des Werkstücks am Innenradius an Bandschleifmaschinen, wenn notwendig Scotchen der Schleifübergänge an einer Poliermaschine und schließlich das Ablegen des Fertigteils in eine bereit stehende Werkstückpalette.

Die Roboter-Schweiß- und Schleifanlage ist nicht nur bezüglich Schweiß- und Schleiftechnik multifunktional ausgelegt; sie kann auch Rohrbögen im Nennweitenbereich von DN 80 bis DN 300 bearbeiten. Für die genannten Prozesse, die in Bezug auf die Arbeitszeiten unterschiedlich lange dauern, wurde die SHL-Roboter-Schweiß- und Verschleifanlage aus Kapazitätsgründen in zwei Zellen aufgeteilt: In Zelle I wird geschweißt und der Außenradius verschliffen, in Zelle II werden nur noch der Innenradius verschliffen und bei Bedarf die Schleifübergänge gescotcht.

Komplette Bearbeitung in zwei verbundenen Zellen

Die Zelle I besteht aus einem Doppel-Schiebetisch für die Aufnahme von wechselbaren und auf verschiedene Durchmesser einstellbaren Werkstück-Paletten, einem Kuka KR 140 Industrieroboter für 140 kg Traglast, einem isolierten Greifer mit austauschbaren Zusatzbacken zur Handhabung von Rohre der Durchmesser 80 bis 300 mm, einer Schweißstation mit Schweißanlage und Schutzeinhausung, zwei Freiband- und Kontaktrollenschleifmaschinen SHLFKS 250/450, einer auf die jeweilige Nennweite umstellbaren Umgreifstation für die notwendige weitere Positionierung zum Fertig-Außenschleifen und einer Station für die TeileÜbergabe in die Zelle II.

Die zweite Zelle ist ebenfalls mit einem Kuka KR140 Industrieroboter, einem Greifer mit austauschbaren Zusatzbacken, zwei Freiband- und Kontaktrollenschleifmaschinen SHL-FKS 250/450, einer umstellbaren Umgreifstation für die Umpositionierung zum Innen-Fertigschleifen, und schließlich einem SHL-Doppel-Schiebetisch zur Aufnahme von wechselbaren, auf die verschiedenen Durchmesser einstellbaren Werkstück-Paletten ausgerüstet.

Problemstellen werden manuell nachbearbeitet

Die gesamte SHL-Roboteranlage inklusive Schweißtechnik ist durch eine Sicherheits-Schutzverkleidung mit verriegelten Zugangstüren umzäunt und mit Absaug-Einrichtungen versehen. Die Beschickung und die Entladung der Werkstück-Paletten mit Roh- und Fertigteilen erfolgt jeweils im zugänglichen Außenbereich, wogegen die Arbeitsbereiche jeweils durch eine Schleuse (Hubtore: roboterseitig pneumatisch und bedienerseitig manuell angetrieben) abgesichert sind. Außerdem ist in die Kabine eine Spezialscheibe eingebaut, um den Schweißprozess ohne Schutzbrille von außen beobachten zu können.


Die Fertigteile werden dann von der Werkstück-Palette entnommen, per Transportwagen in den Bereich „Manuelle Nachbearbeitung“ überführt und dort endbearbeitet. Hier kommt das eingangs angedeutete Teamwork zwischen der Roboteranlage zum Schweißen und Verschleifen sowie dem Finish durch manuelles Verschleifen zum Tragen. Denn an unzugänglichen Stellen ist Roboterschleifen nicht möglich, weshalb der Mensch diesen Part übernimmt. Somit erhält der Kunde als gemeinschaftliche Leistung einen perfekt verschweißten, direkt montierbaren Rohrbogen mit ansprechender Oberfläche.