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Roboterzelle schweißt AluminiumMotorradrahmen in 12 Minuten

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Roboterzelle schweißt AluminiumMotorradrahmen in 12 Minuten

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Die Fachwelt jubelt, die Motorpresse ist voll des Lobes beim neuen BMW Sportmotorrad K 1200 S. Großes Lob gilt besonders dem Fahrwerk mit Doppellängslenker-Vorderradführung und dem Alu-Rahmen. Das „wunderschön geformte und Vertrauen erweckende Teil“ (so die Fachpresse) wird binnen 12 Minuten auf einer leistungsfähigen Roboteranlage von Cloos Schweißtechnik zusammengefügt.

Autor: Walter Lutz

Die entscheidenden Fertigungsprozesse und die Qualität der Produkte sicher im Griff haben, ist der Anspruch der Produktionsverantwortlichen im BMW Werk Berlin. Schließlich verfolgt man bei BMW eine einzigartige QM-Strategie, die vom Engineering über Konstruktion und Materialauswahl bis zur Fertigung das gesamte Werk einschließt. Diese Vorgehensweise ist von Erfolg gekrönt und die Nachfrage hoch: Rund 500 Motorräder verlassen das Spandauer Werk pro Tag.
Wen wundert’s also, dass die neue K 1200 S von der Fachpresse als „die beste BMW aller Zeiten“ gepriesen wird. Der Supersportler mit seiner innovativen Motor-Fahrwerk-Kombination wird weitgehend aus Komponenten gebaut, die in Berlin gefertigt werden. Dafür hat BMW seine Aluminium-Fertigung um eine moderne Roboter-Schweißanlage des Haigerer Schweißspezialisten Cloos erweitert. Die Schweißerei läuft auf Hochtouren – etwa alle 12 Minuten entsteht aus unterschiedlichsten Aluminium-Einzelteilen (Guss-, Strangpress- und Hydroformingteile) der rund 12 kg leichte und sehr stabile Hauptrahmen der neuen Sportmaschine.
Kompakte Fertigungszelle mit zwei Robotern
Die gesamte Fertigungszelle ist sehr kompakt gestaltet und misst daher nur etwa 8 m in der Länge und 5,80 m in der Breite. Die gesamte Schweißtechnik – also zwei Roboter, zwei Schweißstromquellen Quinto SD und die beiden Schaltschränke mit der Rotrol II- Steuerung – hat der Hersteller im hinteren Teil der Zelle untergebracht. Im vorderen Bereich steht dem Bediener genügend Raum zur Verfügung für vorbereitende Arbeiten und das störungsfreie Einlegen der Rahmenteile. Seitlich befinden sich lediglich die beiden Handgeräte für die Programmierung und die Bedienelemente für alle Fertigungsschritte.
In Zusammenarbeit mit Cloos entschied sich BMW für einen 2-stufigen Fügeprozess: Auf dem freiprogrammierbaren Zwei-Stationen-Positionierer werden zunächst die Komponenten für Vorder- und Hinterteil des Rahmens eingelegt und von den beiden Schweißrobotern zu zwei Baugruppen verschweißt. In einem 2. Arbeitsgang folgt dann deren Vereinigung zum Gesamtrahmen. Die Vorrichtungen und Werkzeuge hat Cloos so ausgeführt, dass die Alubauteile ungeheftet eingelegt und positioniert werden können. Dabei sind die Spannvorrichtungen mit Feinjustierungen ausgeführt, um die Bauteile zueinander passend zu fixieren und in jeder Richtung den entstehenden Schweißverzug beeinflussen zu können. Messpunkte an markanten Stellen unterstützen den Bediener beim maßgenauen Einlegen. Diese kontrollierten Einlegepositionen sind die Voraussetzung für optimale Nahtgeometrien und Schweißergebnisse. Besonders bei den sichtbaren Schweißnähten unterhalb des Tanks und im Bereich der Sitzbank legt BMW höchsten Wert auf optisch erstklassige Nähte.
Der Zwei-Stationen-Positionierer, bestehend aus einem Takttisch und zwei dreh-/kippbaren Werkstückaufnahmen, ist um 10° nach vorne geneigt, um zum einen dem Maschinenbediener das Einlegen der Rahmenteile zu erleichtern und zum anderen die Werkstücke im Schweißbereich der Roboter optimal zu positionieren. Daher kann ein Maximum der Schweißnähte in der bei Aluminium bevorzugten Wannenlage geschweißt werden. In jeden der beiden Werkstückpositionierer können Werkzeuge bis 1500 mm Länge und 1400 mm Breite eingespannt werden.
Herausforderung: MIG-Nähte in WIG-Optik
Geplant war zunächst ein kombinierter Schweißprozess aus schnellem MIG-Schweißen für die „unsichtbaren“ Nähte und dem WIG-Schweißen mit Kaltdraht für Nähte mit exzellenter Optik, wie unterhalb des Tanks. „Wir haben es erreicht, alle Nähte in MIG zu schweißen und doch eine WIG-Optik zu erzeugen“, freut sich Olaf Hähnert von der Cloos-Niederlassung in Berlin. „Das reduziert die Fertigungszeiten und spart eine Menge an fertigungstechnischem Aufwand für den WIG-Schweißprozess, den automatischen Werkzeugwechsel und so weiter.“
Für optimale Nahtergebnisse wurden die konstruktiv vorgegebenen Nahtformen durch BMW optimiert. Während des Schweißprozesses dreht die Anlage die Rahmenteile jeweils in Wannenlage, andererseits wird durch die Steuerung der Impulsschweißgeräte Quinto II der Lichtbogen optimal in Breite und Tiefe geführt. So ergibt sich selbst bei den I-Nähten eine gute Wurzelausbildung. Um Materialveränderungen z. B. durch Feuchtigkeit zu vermeiden, wird beispielsweise der Alu-Schweißdraht in einer abgeschlossenen Kammer, hier passen Spulen bis 40 kg hinein, auf konstanter Temperatur gehalten. Geschweißt wird mit einem Argon-Helium-Gemisch.
Multifunktions-Schweißstromquellen
Für die richtigen Schweißströme und Parameter sorgen die zwei Quinto II SD der neuesten Generation. Bei BMW kommen diese Multifunktions-Schweißstromquellen für den Leistungsbereich bis 400 A zum Einsatz. Über eine Schnittstelle ist die mikroprozessorgesteuerte Stromquelle mit dem Roboter verbunden. Im Speicher können bis zu 20 000 Parametersätze abgelegt und auf Knopfdruck für den Prozess bereit gestellt werden – eine Voraussetzung für die exakte Reproduzierbarkeit von Schweißergebnissen.
Roboter und Stromquellen im Background
Im hinteren Teil der Fertigungszelle arbeiten zwei Knickarm-Roboter vom Typ Romat 320. Mit ihrem großen Schwenkbereich aller Achsen ergibt sich ein kugelförmiger Arbeitsbereich von 3200 mm. Der Roboter ist trotz schlanker und kompakter Bauweise sehr steif ausgelegt. Seine digital gesteuerte Antriebstechnik, die spielfreie Lagerung der sechs Achsen und sein absolutes Wegmesssystem ermöglichen eine exakte und schnelle Positionierung, kürzeste Verfahrzeiten und hohe Bahngenauigkeiten auch bei großen Verfahrgeschwindigkeiten. Die Wiederholgenauigkeit liegt unter 0,1 mm. Im Motor integrierte Haltebremsen arbeiten nach dem Ruhestromprinzip und verhindern auch bei Stromausfall eine ungewollte Bewegung des Roboterarms.
Gesteuert wird jeder Roboter über eine Rotrol II. Über zwei Programmierhandgeräte PHG mit dem 8 Zoll großen Touchscreen-Bildschirm wird der BMW Mitarbeiter stets aktuell über den Programmablauf und den Zustand der Fertigungszelle informiert.
Über das PHG mit nur 30 Folientasten wird die gesamte Anlage programmiert. Funktionen sind dabei durch Sinnbilder visualisiert. Die Eingabe von Schweißparametern erfolgt numerisch. Cloos hat gemeinsam mit Spezialisten aus dem Werk Berlin die komplette Fertigungszelle mit original Rahmenkomponenten im Werk Haiger programmiert und eingeschweißt, so dass die Inbetriebnahme in Berlin in kürzester Zeit realisiert werden konnte.
Carl Cloos Schweißtechnik GmbH Tel. 02773/850, Fax 02773/85275 www.cloos.de
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