Einfacher schweißen mit dem kollaborativen Roboter

Manche Berufsgruppen tun sich schwer mit dem Nachwuchs. Womöglich liegt es am Image: schmutzige Arbeit, anstrengend, vielleicht auch einfach nur uncool. Glaubt man dem metallverarbeitenden Gewerbe, dann ist Schweißen so eine Profession. Ein Beruf mit Fachkräftemangel. Von Brancheninsidern erfährt man, dass von sechs Schweißerstellen oft nur vier bis fünf besetzt sind, und die meisten Mitarbeiter sind über 50 Jahre alt.

Das gilt für Industriebetriebe ebenso wie für das metallverarbeitende Handwerk. Die Auftragslage auf der anderen Seite ist gut. Was also tun? Eine Lösung ist es, den Beruf wieder attraktiver zu machen, die andere, eine verstärkte Automatisierung des Schweißprozesses. Mit dem Cobot Welding Package von Lorch lassen sich nun zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Die Robotik-Automation erhöht Effizienz und Output, und Schweißer wird zu einem coolen Beruf, bei dem man auch Roboter programmieren kann.

Nun ist das Schweißen mit Robotern ja keine ganz neue Sache. Die Automobilisten machen einem das seit Jahren vor. Allerdings ist eine klassische Roboterschweißzelle nicht das, was sich ein Mittelständler oder gar Handwerker so einfach zulegen kann oder will. Man spricht hier nicht von der Anschaffung einer Maschine, sondern von der Planung einer Anlage. Und auch die Bedienung setzt profundes Fachwissen voraus. Zu guter Letzt ist der Preis einer derartigen Anlage so hoch, dass sie sich erst bei Serienfertigung mit wirklich hohen Stückzahlen rentiert.

Die Lage im Mittelstand ist jedoch meist eine andere. Die Losgrößen liegen eher bei Hunderten als bei Tausenden und oft müssen kleine Lose, mal fünf oder zehn Stück, eines anderen Auftrages dazwischengeschoben werden – Flexibilität ist eine der Stärken der Mittelständler. Für eine große, mit Schutzeinhausungen versehene Schweißzelle ist zudem in der Halle oft gar kein Platz und den Roboterprogrammierer für spontane Auftragsänderungen möchten kleinere Betriebe auch nicht vorhalten.

Hier kommen Cobots ins Spiel. Diese speziell für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) entwickelten Leichtbauroboterarme werden mittlerweile preislich erschwinglich, sind technisch so ausgelegt, dass sie ohne Schutzzaun in direkter Nachbarschaft zu Menschen sicher arbeiten können und, vor allem, sie sind sehr leicht zu programmieren. Mit Handführung und einer Bedienung per Touch-Panel – das iPad lässt grüßen – ist das Teachen neuer Aufgaben schon nach kurzer Einarbeitung möglich. „Es dauert zwei Jahre, das Schweißen zu lernen, aber nur zwei Tage, das Programmieren eines Cobots zu lernen“, betont Paul Spronken, Leiter Automation Solutions bei Lorch in Auenwald. 

Das in Auenwald nördlich von Stuttgart beheimatete Unternehmen Lorch Schweißtechnik ist einer der führenden Hersteller von Lichtbogen-Schweißanlagen für industrielle Anwendungen, Metallhandwerk, teilautomatisierte Lösungen und mittlerweile auch Automation mit Robotern. Seit über 60 Jahren werden Lorch-Anlagen in Deutschland in einer modernen Schweißanlagenfertigung hergestellt und in mehr als 60 Länder exportiert. Der Hersteller bietet dabei Lösungen für das WIG- und das MIG-MAG-Verfahren sowie Elektroden, Brenner und die passende Schweißautomatisierung. Roboter verkauft Lorch eigentlich nicht – den UR 10 von Universal Robots aber sehr wohl, und zwar im schweißfertigen Cobot Welding Package samt Cobotronic-Software. Und ist damit Vorreiter im Markt.

Bei dem Cobot Welding Package setzt Lorch auf die Schweißgeräte der S-Serie, die das MIG-MAG-Pulsschweißverfahren verwenden. Die Serie bietet eine digital-intelligente Prozesstechnik für den Puls-Lichtbogen, der besonders glatte Schweißnähte und wenige Spritzer auch in Ecken oder bei Steignahten ermöglicht. „Manche Kunden halten aus Tradition am WIG-Schweißverfahren fest“, weiß Spronken. „Aber der Schweißprozess TwinPuls XT ist das entscheidende Verfahren für den Umstieg.“ Die Steuerung regelt dabei gezielt und getrennt Aufschmelz- und Abkühlphasen, was für eine wesentlich geringere und gezieltere Wärmeeinbringung ins Werkstück sorgt, und damit für weniger Verzug und somit für deutlich weniger Nacharbeit. Das Schweißen wird dadurch deutlich schneller und effizienter.

„Auch in puncto Optik muss eine mit TwinPuls XT geschweißte Naht den Vergleich mit einer WIG-Naht nicht scheuen“, betont der Lorch-Spezialist, „und in Kombination mit dem Cobot bekommt der Kunde konsistent hohe Qualität mit sauberen Schweißnähten.“

Neben dem Roboter und der Schweißanlage beinhaltet das Paket auch den Aufbau vor Ort sowie eine dreitägige Schulung beim Kunden. Dabei geht es sofort in die Vollen: Nach rund drei Stunden ist ein Cobot Welding Package komplett am Schweißarbeitsplatz installiert und steht für erste Schweißarbeiten bereit. Am Ende des ersten Tages haben die Werker bereits ihr erstes Programm erstellt und die ersten Bauteile geschweißt.

Ein großer Vorteil des Pakets ist, dass Lorch mit Aufbau und Unterweisung auch gleich noch die CE-Konformität mitliefert. Damit sinkt die Sorge vieler Anwender, hier einen komplexen Anlagenplanungsprozess durchlaufen zu müssen. Einmal eingerichtet ist die Roboterapplikation dennoch mobil: Der Schweißroboter wiegt gerade mal 30 Kilogramm, wodurch er im Gegensatz zu einer klassischen Industrieroboteranlage flexibel dort eingesetzt werden kann, wo er gerade benötigt wird. Aufgrund der eingebauten Sensorik, die den Roboter bei Berührung sofort stoppen lässt, ist kein zusätzlicher Schutzraum nötig, zumal der Manipulator so programmiert ist, dass er und das Werkzeug die (virtuelle) Tischgrenze nicht überschreiten. Das vereinfacht den Einsatz und das gemeinsame Arbeiten ungemein. Es gibt sogar gesundheitliche Vorteile für die Belegschaft.

Während der Roboter schweißt, kann sich der Mitarbeiter zurückziehen und muss so den Schweißrauch nicht einatmen. Dass die am Schweißen beteiligten Mitarbeiter auf die Gefahren und Verhaltensregeln beim Schweißen generell hingewiesen und geschult werden müssen, versteht sich von selbst – die Arbeit mit Lichtbögen und heißem Metall ist und bleibt auch mit Robotern anspruchsvoll.

Das System lässt sich auch für einen Mehr-Stationen-Betrieb einrichten. Auf diese Weise kann ein Werkstück geschweißt werden, während das nächste bereits vorbereitet wird. Die Lichtbogenzeit ist auf diese Weise enorm hoch. Da sich die verwendete S-RoboMIG-XT-Stromquelle zudem mit einem Doppelkoffer kombinieren lässt, steigt die Flexibilität: Je nach Auftrag kann der Kunde zum Beispiel sowohl Stahl als auch Edelstahl schweißen. Die Doppelkofferanlage enthält die jeweils nötigen Zusatzwerkstoffe und anderen Gase, sodass nur noch der Schweißbrenner am Cobot ausgetauscht werden muss. Das reduziert Rüstzeiten deutlich.

Wie sieht der Einsatz des Cobot Welding Package nun in der Praxis aus? Ganz einfach: Der erfahrene Schweißer lernt den Roboter ein, indem er ihn von Hand im Freedrive-Modus bewegt und den Brenner im passenden Winkel an den Anfangs- und Endpunkt der Schweißnaht setzt. Auch Zwischenpunkte und Abschnitte lassen sich so erfassen. Dann gibt er die wichtigsten Schweißparameter ein. Hierbei unterstützt ihn ein Software-Assistent der von Lorch entwickelten Cobotronic-Software mit passenden Vorschlägen je nach Material und Materialstärke, wobei ein Schweißprofi mit seiner Erfahrung vor allem bei komplizierteren Schweißaufträgen alle Werte auch manuell anpassen kann. Wer mit dem Smartphone umgehen kann, kann auch den Cobot problemlos programmieren.

Jetzt kann losgeschweißt werden. Der Roboter liefert eine gleichbleibend hohe Qualität der Schweißnähte, die wenig bis gar keine Nacharbeit erfordert und die ein Handschweißer so konstant über einen längeren Zeitraum gar nicht leisten könnte. Ist der Cobot einmal programmiert, besteht die Hauptarbeit aus dem korrekten Einlegen der Werkstücke und dem Knopfdruck, um den Schweißvorgang einzuleiten.

Die Bauteile können in dieser Zeit von angelernten Kräften eingelegt werden, während sich der hochqualifizierte Schweißer den anspruchsvolleren und kreativeren Aufgaben widmen kann.

Der Einsatz eines Cobots lohnt sich bereits ab Werkstücken mit Losgröße vier oder fünf, vor allem wenn es sich um Wiederholteile handelt, die je nach Kundenauftrag über das laufende Jahr immer wieder produziert werden müssen. Wird ein Projekt nach Tagen oder Wochen erneut aufgerufen, ist die Schweißanordnung schnell wiederhergestellt. Die gespeicherten Programme können jederzeit wieder aufgerufen werden, und wenn die Einlegeposition klar ist, vielleicht sogar fotografisch dokumentiert, dann kann der Cobot seine Stärken ohne erneutes Teachen voll ausspielen: Das bedeutet nicht nur eine konstante Qualität, im Vergleich zum Handschweißen ist der kollaborierende Roboter auch deutlich schneller. 

Zu guter Letzt ist der Roboter auch einfach cool, sexy und modern. Das mag unwichtig klingen, aber in Zeiten, in denen junge Menschen in der Schule (zu Recht) eingetrichtert bekommen, dass sie einen zukunftsträchtigen Beruf wählen sollen – etwas mit Menschen oder mit Computern – und in denen Medien von Industrie 4.0 und künstlicher Intelligenz schwärmen, kann einem die Aufgabe eines Schweißers ein wenig altbacken vorkommen. Wenn man aber weiß, dass man in seiner Ausbildung auch lernt, einen Roboter zu programmieren und regelmäßig mit ihm zu arbeiten, dann steigt auch die Attraktivität für Berufseinsteiger.

Ist das Cobot Welding Package von Lorch die Lösung aller Schweißprobleme? Natürlich nicht. Es liefert hochwertige Schweißnähte und erhöht bei kleinen und mittleren Serien die Flexibilität. Es ist auch für kleinere Betriebe und Handwerker erschwinglich und bedienbar. Durch seinen Einsatz können erfahrene Schweißer von Routineaufgaben entlastet und junge Fachkräfte für neue Aufgaben begeistert werden. Eigentlich ist das schon ganz schön viel.