Roboterschweissen Auf die coole ArT

Insgesamt zwölf automatisierte Schweißzellen sind an dem thüringischen Standort des internationalen Zulieferers im Einsatz. Die Hälfte davon arbeitet mit Fronius-Technologie: Seit 2011 hat voestalpine immer mehr Anlagen von einem Standard-MAG-Prozess auf das innovative Schweißverfahren CMT (Cold Metal Transfer) umgestellt. Die Erfahrungen mit CMT waren durchweg positiv. voestalpine entschied sich deshalb auch, den Prozess als Standard für das Lichtbogenschweißen von Stahlblechen bis drei Millimeter im Lastenheft für neue Schweißanlagen aufzunehmen. Entsprechend neugierig reagierten die Verantwortlichen daher auf die Anfang 2016 vorgestellte zweite Generation der CMT-Technologie. Diese ist seitdem auch in Verbindung mit der aktuellen Stromquellen-Plattform TPS/i verfügbar. Fronius schlug voestalpine vor, einen Einsatz in der Serienproduktion zu prüfen. „Wir haben für erste Schweißversuche eine A-Säule aus hochfestem, verzinktem Stahl gewählt. Dieses komplexe Bauteil eignet sich nicht nur wegen des anspruchsvollen Materials, sondern auch wegen der eingeschränkten Zugänglichkeit und der fertigungsbedingt großen Spaltmaße bestens dafür, den neuen Prozess auf Herz und Nieren zu testen“, erläutert Michael Nowasz.

DYNAMISCHE REGELUNG ERMÖGLICHT SPRITZERFREIE ERGEBNISSE

Wie die Vorgängergeneration zeichnet sich der neue CMT-Prozess durch einen niedrigen Wärmeeintrag und eine hohe Spaltüberbrückbarkeit aus. Möglich macht dies eine dynamische Regelung des Lichtbogens. „Die Tropfenablöse wird bei der Fronius-Lösung nicht nur durch die Elektronik der Stromquelle gesteuert, sondern zusätzlich mechanisch unterstützt“, bemerkt Nowasz. Hierfür wird die Drahtelektrode mit Hilfe eines Push-Pull-Schweißbrenners immer genau dann ein Stück zurück gezogen, wenn der Strom sein Maximum erreicht hat und abgestellt wird. Das erzeugt einen besonders stabilen Lichtbogen, der spritzerfrei arbeitet und hohe Schweißgeschwindigkeiten zulässt. Im Sommer 2016 wurden im Technikum am Stammsitz von Fronius in Wels die ersten Schweißversuche durchgeführt. „Ich habe das Labor zusammen mit unserem Entwicklungsleiter besucht und den neuen CMT-Prozess in Aktion erlebt“, berichtet Nowasz. „Was wir dort zu sehen bekommen haben, war einfach genial. Es war uns sofort klar, dass Fronius wieder ein großer Wurf gelungen ist.“ Die Grundlage für den Technologiesprung bildet die aktuelle Schweißstromquelle TPS/i. Fronius hat alle Komponenten von der Steuerung über den Kommunikationsbus und den Drahtvorschub bis hin zur Bedienoberfläche, dem Kühlsystem und dem Schlauchpaket neu entwickelt. Auf diese Weise konnte das Unternehmen durchgehend moderne Techniken einsetzen und das Gesamtsystem auf maximale Präzision und Leistung trimmen.

NEUER ALGORITHMUS – NEUER ROBOTERBRENNER

Damit der CMT-Prozess maximal von der TPS/i profitieren kann, hat Fronius den Algorithmus neu aufgesetzt. Auch der Push-Pull-Brenner Robacta Drive wurde als CMT-Variante mit einem digital geregelten, getriebelosen AC-Servomotor für noch höhere Frequenzen der oszillierenden Drahtelektrodenbewegung ausgestattet. „Ein weiterer Vorteil des neuen Roboterbrenners: Er ist kompakter als das Vorgängermodell und garantiert damit eine bessere Zugänglichkeit, wie wir sie für komplexere Bauteile immer häufiger benötigen“, ergänzt Nowasz. Die Ergebnisse der Schweißversuche am realen Bauteil waren so überzeugend, dass sich voestalpine für einen Einsatz der neuen CMT-Generation in der Serienproduktion entschied. Im Herbst 2016 war es soweit: Innerhalb eines Tages rüstete Fronius die erste der sechs Roboterzellen um, auf der Halter aus zwei bis drei Millimeter dickem Stahlblech unter CO₂-Schutzgas produziert werden. Dabei ist etwa ein Meter Schweißnaht zu legen, der sich aus 48 Einzelnähten mit einer Maximallänge von 35 Millimetern zusammensetzt. „Bereits am nächsten Vormittag haben wir zusammen den Roboter programmiert und noch am selben Tag die ersten Teile geschweißt“, erinnert sich Nowasz. „Mit dem neuen System konnten wir die richtigen Parameter wesentlich schneller und einfacher finden.“ So musste am dritten Tag nur noch geringfügig nachjustiert werden, um die optimalen Arbeitswerte zu erreichen. Dabei konnte sich der Bereichsleiter auch von der Funktionalität der neuen magnetischen CrashBox überzeugen, mit der Fronius das Roboter-Schweißsystem ausgerüstet hat: „Wir ließen den Brenner gegen ein Blech fahren – die Schutzvorrichtung löste so schnell aus, dass keinerlei Beschädigung an Brenner, Roboter, Vorrichtung oder Werkstück entstehen konnte.“ Nach einer Kollision muss die magnetische Verriegelung nur wieder eingerastet werden. Der Referenzpunkt bleibt dabei erhalten, so dass unmittelbar weitergeschweißt werden kann – ohne lästigen Tausch der CrashBox oder Referenzfahrt.

SCHNELLER SCHWEISSEN MIT HÖHERER VERFÜGBARKEIT

Ein weiterer Pluspunkt ist die hohe Verfügbarkeit der CMT-Anlage, betont Nowasz: „Erlischt aus irgendeinem Grund der Lichtbogen, zündet der Prozess von alleine wieder. Zündfehler, ein Festbrennen der Drahtelektrode am Kontaktrohr oder ähnliche Ärgernisse gehören bei uns seitdem der Vergangenheit an.“ Nicht zuletzt schätzt der Fügespezialist die vielfältigen Einflussmöglichkeiten auf die Lichtbogengeometrie. Dazu gehört auch die Option, CMT mit einem Pulsprozess zu überlagern, um den Wärmeeintrag noch besser kontrollieren und umso schneller schweißen zu können. Nach den Tests konnte bei voestalpine noch am selben Tag die Serienproduktion mit der neuen CMT-Konfiguration wieder anlaufen. „Es hat mich absolut begeistert, dass die Umstellung so reibungslos verlief. In der gesamten Anlaufphase kam es zu keinem Stillstand, und wir mussten keinerlei weitere Unterstützung von Fronius anfordern“, freut sich Michael Nowasz. „Die zweite Generation des CMT-Prozesses stellt noch einmal einen echten Quantensprung gegenüber der Vorgängerversion dar. Wir haben die Qualität dank der zahlreichen Neuerungen und Weiterentwicklungen der TPS/i in Verbindung mit einem darauf zugeschnittenen CMT-Prozess spürbar angehoben und zudem unseren Handlungsspielraum beim Fügen deutlich vergrößert.“

„Mit CMT konnten wir die Leistung bereits erheblich steigern – wir müssen zudem kaum noch Spritzer entfernen, so dass sich die Mitarbeiter ganz auf das fokussieren können, worauf es unseren Auftraggebern ankommt: auf die Qualität der Schweißnaht."

MICHAEL NOWASZ, Leiter des Bereichs Fügen am voestalpine Standort in Schmölln