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Jun 17, 2023

Halbautomatische Schweißzellen

Vollautomatisches Schweißen ist oft nicht für jede Anwendung ideal. Foto mit freundlicher Genehmigung von Hirebotics LLC. Diese vorkonfigurierte Roboterzelle soll Herstellern helfen, dem Arbeitskräftemangel entgegenzuwirken. Foto

Vollautomatisches Schweißen ist oft nicht für jede Anwendung ideal. Foto mit freundlicher Genehmigung von Hirebotics LLC

Diese vorkonfigurierte Roboterzelle soll Herstellern helfen, dem Arbeitskräftemangel entgegenzuwirken. Foto mit freundlicher Genehmigung von Acieta LLC

Hersteller verschiedener Branchen investieren in kollaborative Schweißsysteme. Foto mit freundlicher Genehmigung von Hirebotics LLC

Kollaborative Roboter ermöglichen die enge Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Vorkonfigurierte Schweißarbeitszellen tragen dazu bei, die Installationsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Automatisierungskosten zu senken. Foto mit freundlicher Genehmigung von Wolf Robotics

Dank benutzerfreundlicher Schnittstellen können Schweiß-Cobots innerhalb weniger Stunden einsatzbereit sein. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Halbautomatische Schweißzellen sind eine Möglichkeit, dem gravierenden Schweißermangel zu begegnen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Schweißen spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Geräten, Automobilen, Baumaschinen, Schiffen, Traktoren, Anhängern, Lastkraftwagen und vielen anderen Produkten. Leider herrscht ein großer Mangel an Schweißern und die Nachfrage nach qualifizierten Schweißfachkräften wächst.

Nach Angaben der American Welding Society werden die USA bis 2027 mehr als 360.000 Schweißer benötigen, um den steigenden Bedarf aufgrund von Faktoren wie einer alternden Belegschaft zu decken. Halbautomatische Schweißzellen sind eine Möglichkeit, diesem Mangel zu begegnen.

Beim halbautomatischen Schweißen lädt und entlädt ein Arbeiter Teile. Der Arbeiter führt häufig auch Heftschweißungen aus oder führt schwierigere Schweißungen durch, während ein Roboter den Großteil der Schweißarbeiten übernimmt.

Vollautomatisches Schweißen ist oft nicht für jede Anwendung ideal. Halbautomatische Schweißsysteme sind eine gute Option, da sie die Leistung eines erfahrenen Handschweißers verdoppeln und dennoch ein hohes Maß an Kontrolle bieten können.

„Eine halbautomatische Schweißzelle ist eine Zelle, in der das Stück Automatisierung vom Arbeiter gemeinsam als ‚Werkzeug‘ und nicht als manuelle Automatisierung genutzt wird“, sagt Josh Pawley, Vizepräsident für Geschäftsentwicklung bei Vectis Automation LLC. „Ich sehe darin die Lücke zwischen manuellem Schweißen und traditionellem vollautomatischem Schweißen.

„Halbautomatisches Schweißen kann High-Mix-Herstellern bei kleinen oder mittelgroßen Chargen helfen, die gerade groß genug sind, um manuelles Schweißen ineffizient und banal zu machen, aber klein genug, wo herkömmliche Automatisierungszellen auch nicht ganz gerechtfertigt sind“, erklärt Pawley. „Wir sehen, dass Kunden halbautomatische Schweißsysteme verwenden, um Schweißverbindungen mit hohem Lichtbogen und pünktlich durchzuführen.“

Für halbautomatische Schweißanwendungen steht eine Vielzahl vorkonfigurierter und vorgefertigter Arbeitszellen zur Verfügung. Sie enthalten gemeinsame Komponenten, um die Lieferzeit zu verkürzen, die Installationsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Automatisierungskosten zu senken. Die schlüsselfertigen Systeme sprechen sowohl große als auch kleine Hersteller unterschiedlichster Branchen an.

Mit einer vorkonfigurierten Arbeitszelle werden alle für die Herstellung, Montage und Integration des Systems erforderlichen technischen Arbeiten abgeschlossen, bevor ein Hersteller eine Bestellung aufgibt, was die Lieferzeit erheblich verkürzt. Die Zellen verwenden gemeinsame Komponenten, um die Konstruktions- und Herstellungskosten zu senken.

Roboterlieferanten und Systemintegratoren verwenden die Begriffe „vorkonfiguriert“ und „vorgefertigt“ synonym. Sie stellen Herstellern alle Komponenten zur Verfügung, die für die Grundfunktionen eines Schweißvorgangs erforderlich sind, einschließlich eines Arbeitsplatzes, Vorrichtungen, Steuerungen und Schutzvorrichtungen.

Der einzige kundenspezifische Teil einer vorkonfigurierten Zelle ist die Art der Schweißstromversorgung, die ein Endbenutzer angibt, beispielsweise Fronius, Miller Electric oder Lincoln Electric.

Sie sind so verpackt, dass Komponenten mit minimalem Aufwand ausgetauscht werden können. Durch standardisierte Module, deren Konfiguration keinen weiteren technischen Aufwand erfordert, bieten sie geringere Gemeinkosten und Preisvorteile, die die Kosten niedrig halten.

„Vorkonfiguriert oder vorgefertigt bedeutet begrenzte Anpassungsmöglichkeiten“, sagt Peter Griffith, General Manager bei Lincoln Electric Co. „Man beginnt nicht mit einer leeren Seite, sondern erstellt stattdessen ein Menü aus Zellen, die alle einen Platz und Zweck haben.“ Wir definieren und legen die verfügbaren Abmessungen, Arme und Optionen des Arbeitsbereichs fest.

„Das Ziel besteht darin, etwas Konfigurierbares zu schaffen – eher wie Legosteine ​​–, um den maßgeschneiderten Inhalt zu reduzieren“, erklärt Griffith. „Wenn wir weniger Ressourcen für ein Projekt einsetzen und gemeinsame Komponenten verwenden können, sinken der Preis und die Lieferung für den Kunden. Dadurch entsteht ein rundum besseres Produkt, das wesentlich einfacher zu unterstützen ist.

„Speziell für das Schweißen ist eine vorgefertigte Zelle ein serienmäßiger Artikel, der „funkenbereit“ ist, was im Wesentlichen bedeutet, dass er sofort schweißbereit ist“, betont Griffith.

Acieta LLC ist ein weiterer Systemintegrator, der Roboter für Schweißanwendungen vorkonfektioniert. Jede Zelle ist bereit, mit Stromquellen und Drahtvorschubgeräten zu arbeiten. In jeden robusten 8 x 8 Fuß großen Tisch sind Software und Sicherheitsbarrieren integriert. Darüber hinaus sind alle Dienstprogramme in den Rahmen integriert, um die Startzeit zu verkürzen.

Acieta hat vor sechs Jahren seine Roboterschweißzelle FastARC auf den Markt gebracht. Es sind mehrere Versionen mit sechsachsigen Fanuc-Robotern erhältlich.

„Alle Versorgungseinrichtungen sind in die Basis integriert“, sagt Nick Cowell, regionaler Automatisierungsmanager bei Acieta. „Sie können es einfach mit einem Gabelstapler aufnehmen und an einen anderen Ort in Ihrer Anlage oder zu einem anderen Werk an einem anderen Standort bringen. Dann müssen Sie nur noch die Stromversorgung oder andere Versorgungseinrichtungen anschließen und schon kann es losgehen.

„Viele Hersteller haben heute Schwierigkeiten, Schweißer einzustellen und zu halten“, bemerkt Cowell. „Standardmäßige Roboterschweißzellen helfen, dieses Problem zu lösen und ermöglichen es den Bedienern, an Aufgaben mit mehr Mehrwert zu arbeiten.“

Vorkonfigurierte Zellen sind auf einem Aufbausockel montiert, der sich leicht mit einem Gabelstapler anheben und bewegen lässt. Sobald es beim Kunden ankommt, muss nichts mehr installiert oder befestigt werden. Abgesehen vom Anschließen müssen Endbenutzer lediglich Verbrauchsmaterialien wie Schweißdraht bereitstellen, bevor sie mit dem Schweißen von Teilen beginnen können.

Vorkonfigurierte Roboter können in der Regel sofort eingesetzt werden, was für Hersteller mit begrenztem Technikpersonal ein großer Vorteil ist. Vorkonfigurierte Zellen wurden bereits unter Berücksichtigung von Ergonomie und Ästhetik entwickelt, um das effizienteste Betriebssystem zu bieten, das für das Geld erhältlich ist.

Sie sind kompakt, um den Versand und die Einrichtung zu vereinfachen. Minimierung der Fabrikfläche; eine kürzere Lieferzeit von der Bestellung bis zum Wareneingang bieten; und verwenden Standardkomponenten für einfachen Austausch und Service. Ein großer Vorteil ist die verbesserte Dokumentation, einschließlich Teile und Schaltpläne.

Ein weiterer Vorteil ist die kürzere Vorlaufzeit. Vorgefertigte Zellen verwenden Teile, die bereits beschafft und auf Lager sind.

Die kürzere Startzeit ist auch für Ingenieure interessant. Typischerweise sind Programme für den grundlegenden Zellbetrieb enthalten; Es müssen lediglich teilespezifische Programme hinzugefügt werden. Der Kunde muss kein Arbeitszellenlayout entwerfen oder herausfinden, wie Kabel verlegt werden.

Vorkonfigurierte Zellen bieten vor allem finanzielle Anreize. „Bundles sind kostengünstiger als à la carte-Robotersysteme“, sagt Chris Blanchette, Executive Director für globale Kunden bei Fanuc America Corp. „Der Wert ist viel höher, als wenn alle Komponenten einzeln gekauft würden.“ Wir glauben, dass dies die Welle der Zukunft ist.

„Es gibt eine Reihe von Gründen, warum Sie diesen Weg in Betracht ziehen sollten“, fügt Blanchette hinzu. „Die Komponenten sind gut integriert, weil die Dinge von der Quelle entworfen wurden. Alles ist gut integriert, sodass nicht mehrere Unternehmen in den Prozess involviert sind.“

Darüber hinaus werden alle Komponenten vor dem Versand getestet. Daher gibt es keine Debug-Zeit, wenn die Zelle eintrifft. Alles wird debuggt, getestet und einsatzbereit geliefert.

Lohnfertiger und kleine Hersteller, die traditionell vor dem Einsatz von Robotern zurückschrecken, sind vom Konzept der vorkonfigurierten Zellen begeistert, das Roboter weniger einschüchternd und benutzerfreundlicher machen soll.

Vorgefertigte Zellen sind bei kleinen Unternehmen beliebt, die nicht unbedingt über die internen Fähigkeiten, Ressourcen und Fachkenntnisse verfügen, um ein Sicherheitssystem zu spezifizieren, Software zu schreiben und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zu entwerfen.

Aber auch Tier-One-Zulieferer schätzen die Vorteile vorkonfigurierter Zellen. Einige Automobilhersteller verwenden beispielsweise eigenständige Zellen für Punktschweißanwendungen. Einige Automobilhersteller setzen auch bei der Offline-Untermontage auf das Ready-to-go-Konzept.

Schweißen ist tendenziell die beliebteste Anwendung für vorkonfigurierte Zellen, da sich dieser Prozess einfacher anpassen lässt als Schrauben und andere Montageprozesse. Das Lichtbogenschweißen mit Sechs-Achs-Robotern ist tendenziell die häufigste Anwendung. Aber auch für andere Anwendungen können vorgefertigte Zellen eingesetzt werden, etwa zum Auftragen von Klebstoffen, zum Schleifen, zur Teilekommissionierung, zum Polieren, zum Schrauben und zum Punktschweißen.

Kollaborative Roboter sind eine ideale Option für das halbautomatische Schweißen, da sie die enge Zusammenarbeit von Mensch und Maschine ermöglichen. Angesichts des gravierenden Arbeitskräftemangels und der Umsiedlungsinitiativen investieren Hersteller in verschiedenen Branchen in kollaborative Schweißsysteme.

Cobots erfreuen sich vor allem bei kleinen Unternehmen und Auftragsfertigern großer Beliebtheit, da sie keine große Kapitalinvestition erfordern wie herkömmliche automatisierte Schweißzellen, die mit Sechs-Achsen-Robotern ausgestattet sind. Die Lernkurve ist viel kürzer und Hersteller benötigen nicht alle herkömmlichen Werkzeuge und Schutzmaßnahmen, die mit dem Schweißen verbunden sind.

„Der Schweißberuf befindet sich in einer Arbeitskräftekrise“, sagt Joe Campbell, Senior Manager für strategisches Marketing und Anwendungsentwicklung bei Universal Robots (UR). „Das Durchschnittsalter qualifizierter Schweißer liegt bei 55 Jahren, die meisten werden voraussichtlich innerhalb von zehn Jahren in den Ruhestand gehen und jüngere Menschen treten nicht in ausreichender Zahl in den Beruf ein, um die Nachfrage der Industrie aufrechtzuerhalten.

„Es besteht ein dringender Bedarf an kollaborativen Schweißsystemen, die sicher in der Nähe von Menschen eingesetzt werden können und dazu dienen können, erfahrene menschliche Schweißer zu unterstützen, indem sie die mühsamen und unergonomischen Aspekte des Schweißprozesses übernehmen“, behauptet Campbell.

Schweißen, das lange Zeit als zu schwere Aufgabe für Cobots abgetan wurde, ist heute das am schnellsten wachsende Anwendungssegment für Universal Robots. Sein UR10e-Roboter mit einer Reichweite von 51 Zoll und einer Nutzlastkapazität von 27 Pfund ist beliebt für MIG- und WIG-Schweißen.

„Cobots sind ideal für jeden, der Metallbearbeitung jeglicher Art durchführt“, erklärt Campbell. „Sie sind leicht zu erlernen, einfach bereitzustellen und erneut bereitzustellen und kosteneffektiv. Eine betriebsbereite Zelle kann für etwa 85.000 US-Dollar eingesetzt werden, was weniger ist als das Jahresgehalt eines erfahrenen Schweißers.

„Sicherheit ist jedoch ein wichtiger Aspekt“, warnt Campbell. „Obwohl Cobots sicher sind, müssen Sie stets eine gründliche Risikobewertung durchführen und den Bedienern die erforderliche persönliche Schutzausrüstung zur Verfügung stellen. Wenn es richtig gemacht wird, ist es nichts anderes, als neben einem anderen menschlichen Schweißer zu arbeiten.

„Die meisten unserer Kunden nutzen in ihren Einrichtungen mehrere Cobots“, bemerkt Campbell. „Viele der Maschinen sind auf mobilen Wagen montiert, die es Schweißern ermöglichen, die Roboter in ihrer Werkstatt oder Fabrikhalle zu bewegen, um an verschiedenen Projekten zu arbeiten.

„Schweißen ist eine großartige Anwendung für Cobots, weil es pfadorientiert ist“, betont Campbell. „Außerdem bestehen erhebliche Anforderungen an die Prozesssteuerung, und hier kommt die Software ins Spiel. Verschiedene Integratoren haben benutzerfreundliche Schnittstellen geschaffen.“

Hirebotics LLC hat beispielsweise eine App entwickelt, die die Einrichtung von Schweiß-Cobots über ein Smartphone oder ein Pad ermöglicht. Sein Cobot Welder-System verfügt über eine 32 x 48 Zoll große Arbeitsstation, die auf einem mobilen Wagen montiert ist. Die Robotersteuerung und das Schweißgerät sind im Wagen vormontiert. Das System besteht aus einem UR10e-Roboter gepaart mit einem Miller Invision 352 MPa-Impulsschweißgerät und einem S74-Vorschubgerät sowie einer Tregaskiss MIG-Schweißpistole.

„Alles ist verkabelt und betriebsbereit“, sagt Matt Bush, Chief Operating Officer von Hirebotics. „Der Kunde muss lediglich den Karton öffnen und von der Versandpalette nehmen. Dann installieren sie nur noch den Arm, den Schweißbrenner und die Verkabelung. Das alles dauert weniger als eine Stunde. Jetzt müssen Sie nur noch das Kabel einstecken und sich mit dem Internet verbinden, denn alles ist Cloud-basiert.

„Wir hatten Benutzer, die es auspackten, in Betrieb nahmen und dann 30 Minuten später mit der Herstellung produktionsbereiter Teile begannen“, behauptet Bush. „Unsere Software ist sehr intuitiv. Wir verringern den Einschüchterungsfaktor, indem wir es Schweißern ermöglichen, das Telefon zu verwenden, das sie bereits in der Tasche haben.

„Indem Cobot Welder die Zeit, die zum Anlernen neuer Teile benötigt wird, um bis zu 60 Prozent reduziert, reduziert es Ausfallzeiten, verbessert die Schweißqualität und Produktivität und sorgt für schmerzlose automatisierte Schweißeinsätze“, bemerkt Bush.

„Die meisten unserer Kunden können nicht genügend Aufbauten einstellen, um den heutigen Bedarf zu decken“, sagt Bush. „Sie streben nicht unbedingt nach niedrigeren Kosten oder höherer Produktivität. Sie suchen nach etwas, um die Stelle zu füllen, an der sie aufgrund des Arbeitskräftemangels keinen Menschen unterbringen können.

„Beim kollaborativen Schweißen übernimmt ein Roboter einen Teil der Aufgabe und ein Mensch die andere Hälfte“, erklärt Bush. „Es ermöglicht Menschen, das zu tun, was sie am besten können: taktile Aufgaben, die Geschicklichkeit erfordern. Roboter sind besser darin, monotone Aufgaben zu erledigen, die schnell langweilig werden. Cobots sind ideal für Anwendungen mit geringem Volumen und hohem Mix.

„Wir konzentrieren uns darauf, Schweißern ein Werkzeug an die Hand zu geben, mit dem sie monotone Schweißnähte herstellen können“, betont Bush. „Stattdessen können sie ihr Fachwissen und ihre Fähigkeiten nutzen, um sich auf komplexe Teile zu konzentrieren.

„Wir haben alles gesehen“, sagt Bush. „Wir haben Kunden, die Einzelstücke herstellen, aber auch Unternehmen, die jede Woche 50.000 Serienteile produzieren. Einer unserer Kunden ist ein Großserienhersteller, der Hunderte traditioneller vollautomatischer Schweißzellen einsetzt.

„Der wahre Vorteil für kollaborative Schweißroboter ist jedoch, dass jeder ein- oder zweimal im Monat zwischen 20 und 200 Teile herstellt“, sagt Bush.

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Weitere Informationen zu Robotik und Schweißen finden Sie unter www.assemblymag.com, wo Sie die folgenden Artikel lesen können:

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