Automation

• Du suchst nach neuen Wegen deine Fertigung effizienter, effektiver und kostengünstiger zu gestalten?
• Dein Produkt benötigt eine hohe Positionsgenauigkeit des geschweißten Bolzens und die Qualität der Schweißverbindung soll wiederholgenau und reproduzierbar sein?
• Dein Auftragsvolumen steigt und du möchtest die damit verbundenen Personalkosten minimieren?

Automation macht Bolzenschweißen konkurrenzlos wirtschaftlich

Die Kosten für ein Produkt und die spätere Qualität einer Bolzenschweißverbindung werden bereits in der Produktentwicklung und in der Konstruktionsphase definiert und erst danach in der Fertigung erzeugt. Die Fertigung bzw. das Schweißen der Bolzen muss dann prozesssicher, reproduzierbar und positionsgenau bei einer hohen Stückzahl durchgeführt, dokumentiert und entsprechend geprüft werden. In all diesen Abschnitten ist eine gute Kenntnis über die Besonderheiten des Bolzenschweißens erforderlich, um spätere Kostenfaktoren oder Fertigungs- und Qualitätsprobleme auszuschließen.

Der Wunsch des Anwenders nach Erhöhung der Produktionsleistung bei gleichzeitiger Kostenreduzierung, sowie Steigerung der Produktqualität und Prozessreproduzierbarkeit, führt schnell zum Thema einer Automation, die beispielsweise das Einführen des Bolzens in den Bolzenhalter und die Positionierung zum Bauteil übernimmt.

So gilt es neben der reinen Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und der Budgetierung auch technische Faktoren zu berücksichtigen, um eine Automationslösung erfolgreich in die Produktion zu überführen. Neben der Berücksichtigung des erforderlichen Produktionsvolumens oder der Gesamtstückzahl, sind die technischen Kriterien, wie Applikation, Bauteil, Anzahl (unterschiedlicher) Bolzen, Schweißprozess, Positioniergenauigkeit und Verfahrgeschwindigkeit, entscheidend für die erforderlichen Komponenten bei einer Anlagenauswahl und damit die Investition.

Hohe Wirtschaftlichkeit / Kosten- und Zeiteinsparungen

• hochgradige Automatisierbarkeit ermöglicht hohe Produktivität, Effektivität und Effizienz, sowie Steigerung der Qualität
• Reduzierung der Stückkosten: Minimierung des technisch erforderlichen Personals und der verbundenen Kosten
• hohe Taktfolge (bis zu 50 Bolzen/min)
• hohe Verfahrgeschwindigkeiten
• hohe Positions- und Wiederholgenauigkeit / Minimierung Nacharbeit
• Anzahl unterschiedlicher Bolzen (Abmessung, Werkstoff) bzw. Anzahl (unterschiedlicher) Bauteile (Anzahl, Abmessung auf einer Anlage möglich)
• Standardisierte Schnittstellen

Schweißelement / Bolzen

• geringe Kosten durch Verwendung von genormten / standardisierten Bolzen, neben einer Vielzahl genormter Schweißelemente sind kundenspezifische, an die Applikation angepasste, Bolzen möglich

Investitionsumfang

• Budget und Amortisation

Technische Kriterien

• Stückzahl, Takt- und Zuführzeiten
• Positionstoleranzen und Genauigkeiten
• Bauteilabmessungen (l x b x h) -> Tischgröße, Verfahrweg und Verfahrgeschwindigkeit, Arbeitshub, Niederhalter, Bauteilspanner, Massezuführung
• Anzahl unterschiedlicher Bolzen (Abmessung, Werkstoff) bzw. Anzahl und Abmessung (unterschiedlicher) Bauteile -> Anzahl der Schweißköpfe und Zuführeinrichtungen, Bolzenweichen für Sonderzuführungen
• Schweißverfahren -> Gerätetechnik
  Sprühvorrichtung (Benetzung der Bauteiloberfläche), Schutzgasstativ
• Werkstoff und Bauteildicke, Bolzendesign -> Schweißverfahren -> Gerätetechnik, Fräseinrichtung (Reinigung der Bauteiloberfläche)
• Prozessfähigkeit und Anlagenstabilität
• Bauteilpositionier- und Spannvorrichtungen, Dreh- oder Kippvorrichtungen für die Winkellage des Schweißkopfes
• Arbeitsplatzanforderungen, Sicherheit: Maschinenrichtlinie, Maschineneinhausung, Lichtschranken, Lärm- und Umweltschutz
• Komfort: Bedienung, Steuerung und Handling, Bauteilzuführung, Schulung, Service und Support, CAD/CAM-Schnittstellen
• Technische Ausbaustufen oder Systemerweiterungen (Systemmodule, Umrüstbarkeit, Gerätetechnik, Zubehör)
• Technische Anschlüsse und Schnittstellen
• Ersatz- und Verschleißteile (-> Kosten)

Auf dem Markt wird ein umfangreiches Sortiment an Bolzenschweißgeräten für eine Prozessautomation angeboten, von manuellen Geräten mit handgeführten Automatikschweißpistolen bis zu umfassenden, kundenspezifischen CNC- oder Roboter- Bolzenschweißanlagen, die in vollautomatischen Fertigungsstraßen integriert sind.

In der Grundversion bestehen diese Systeme aus Schweißpistole bzw. Schweißkopf, wobei die Bolzen per Hand eingeworfen oder zugeführt werden. Das Bauteil bzw. Werkstück wird manuell zugeführt.

In der Aufbaustufe werden die Bolzen automatisch zugeführt, z.B. über Rüttler. So können bis zu 20 Bolzen/min. geschweißt werden. Die Positionierung mehrerer Bolzen auf dem Bauteil kann beispielsweise über Schablonen erfolgen.

CNC Automatikanlagen, bei denen das Bauteil bzw. die Werkstücke nur noch eingelegt und nach dem Schweißprozess entnommen werden, sind die höchste Ausbaustufe. Bis zu 30 Bolzen/min. sind mit solchen Anlagen problemlos schweißbar. Automatikanlagen können auch in Fertigungsstraßen integriert sein, kundenspezifisch als Wechseltischanlage konstruiert sein oder als modulare Roboteranlage aufgebaut sein.

Es würde in diesem Rahmen aber zu weit führen, alle technischen Möglichkeiten detailliert zu beschreiben.

Prinzipiell wird eine Handpistole überall dort eingesetzt, wo man das Bauteil oder Werkstück wegen seiner Form, Größe oder des Gewichtes schlecht bewegen kann. Nachteilig sind die schlechtere Positioniergenauigkeit und der direkte Einfluss des Schweißers auf das Ergebnis.

Automatik-Schweißköpfe werden einerseits bei kleinen bis großflächigen Werkstücken eingesetzt, die auf X-Y Koordinatentischen fixiert werden können. Die Zustellbewegung des Kopfes zur Schweißposition kann dann entweder über eine pneumatische oder eine motorische Z-Achse erfolgen. Automatik-Schweißköpfe können aber auch in Verbindung mit einem Schweißroboter in „dreidimensionalen“ Positionen am Bauteil verwendet werden.

Modulare Systeme, die aus X-Y-Koordinatentisch (CNC-Anlage), Leistungseinheit, Schweißkopf, Zuführeinheit (Rüttler mit Sortierer und Vereinzelner) und Zuführschlauch bestehen, sind Standardlösungen. Dabei müssen unterschiedliche Bolzengeometrien berücksichtigt werden, weil unter Anderem allein unterschiedliche Bolzendurchmesser eine jeweils entsprechende Anpassung der Ausrüstung (Automatik-Bolzenhalter, Einwurfrohr, Zuführschlauch, Rüttler) erforderlich machen.

Der Anwender muss daher sorgfältig seine Aufgaben und Anforderungen anhand der technischen Möglichkeiten – z.B. die Angaben der technischen Datenblätter (Arbeitsbereich, Taktrate, Verfahrgeschwindigkeit, Positionstoleranz, technische Modularität) prüfen und bewerten.

Hier ist es sinnvoll den späteren Lieferanten der Gerätetechnik bereits in die Produktentwicklung einzubeziehen und referenzierende Testschweißungen mit der geplanten Technik und der Konfiguration am Bauteil durchzuführen, mit der auch in der Serie gearbeitet werden soll. So können die später geforderten Produktparameter angepasst und sichergestellt werden.

Eine bestmögliche Basis zur Sicherstellung des Prozesses und der Qualität des geschweißten Produktes ist demzufolge gegeben, wenn eine Systemlösung „Prozessverantwortung = Geräte- und Anlagentechnik + Schweißelement“ durch den Hersteller / Lieferanten der Automatikanlage angeboten werden kann. Im Problemfall gibt es also nur einen Ansprechpartner für die qualitätsbeeinflussenden Kriterien Anlagentechnik / Gerätetechnik und Schweißelement.

Eine Automationslösung als Investition in die Zukunft sollte daher neben dem reinen Anlagen- oder Gerätepreis die korrespondierende Auswahl der beinhalteten Gerätetechnik und Komponenten berücksichtigen, aber insbesondere auch die Kompetenz und Erfahrung der Gerätehersteller (kundenspezifische Applikationen, Projektarbeit), sowie den technischen Support (z.B. Beratung, Schulung, Service und Leihgeräte, Kosten für Ersatz- und Verschleißteile).