Schweißen mit Cobots: Gerade für Kleinbetriebe und auch fürs Handwerk könnte die Lorch-Anwendung eine echte Option sein...

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.

Cobot Schweißverlauf, Bild: Lorch
Hand in Hand mit dem Roboter: Über das sogenannte Teachen, bei dem der Roboterarm an Anfangs- und Endpunkte der Schweißnaht geführt wird, lernt der Cobot beinahe spielerisch den Schweißverlauf. Bild: Lorch

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.

Roboterschweißzellen nicht immer wirtschaftlich

Schweiß-Cobot, Bild: Lorch
Je nach Geometrie rechnet sich der Einsatz eines Schweiß-Cobots schon ab einer Stückzahl von 4 bis 5 Werkstücken, vor allem bei wiederkehrenden Mustern. Bild: Lorch

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.

Schweißen mit dem Cobot - das Lorch Cobot Welding Package

Kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, sind einfach zu bedienen, schnell und flexibel einsetzbar und wegen ihres guten Preis-Leistungs-Verhältnisses passend für kleine und mittelständische Unternehmen. Mit dem Lorch Cobot Welding Package können Unternehmen im Bereich Schweißen Potenziale in puncto Effizienz und Schweißqualität heben. Die Digitalisierung und Automatisierung steigert nicht nur die Produktivität jedes Schweißer-Teams, sie macht Unternehmen zukunftsfähig, leistet sie doch einen wichtigen Beitrag, um den stetig wachsenden Fachkräftemangel unter Schweißern zu kompensieren. Lesen Sie mehr über das Cobot Welding Package, bestehend aus einem kollaborativen Roboter, der Lorch Cobotronic-Software und einer Lorch Schweißanlage, in unserem Centerfold auf den nächsten Seiten.

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. 

Lorch setzt auf Universal Robots

Programmierte Schweißvorgänge, Bild: Lorch
Dank Programmierung können Schweißvorgänge jederzeit reproduziert werden. Richtig eingestellt fallen so gut wie keine Nacharbeiten mehr an. Bild: Lorch

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.

Schweißnaht, Bild: Lorch
Optisch exzellent ausgeführt wie sonst beim WIG-Verfahren: Die Schweißnaht eines Chromnickelstahls, mit TwinPuls XT gefertigt, zeigt wenig Verzug bei einem schnelleren Arbeitsprozess. Bild: Lorch

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.“

Cobot Welding Package flexibel einsetzbar

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.

Roboterschweißen in der Praxis

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. 

Vom Schweißer zum Cobot-Schweißer?

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.

Interview: Den Roboter fürs Schweißen richtig programmieren

„Das System ist einfach zu bedienen. Vielen Anwendern macht es richtig Spaß, mit dem Cobot zu arbeiten.“ Paul Spronken, Lorch

ke NEXT sprach mit Paul Spronken, der als Leiter Automation Solutions bei Lorch auch als Produktmanager, technischer Entwickler und im Business Development tätig ist. Spronken ist seit sechs Jahren bei Lorch und hat zuvor bereits in der Robotikbranche gearbeitet.

Wie ist das Unternehmen Lorch auf die Idee gekommen, seine Schweißgeräte mit einem Cobot zu kombinieren?

Nun, wir hatten einen Kunden, der so einen Roboter bereits anderweitig im Einsatz hatte und der unbedingt auch mit einem Cobot schweißen wollte. Da er in seinem Haus mit unseren Geräten schweißt, wollte er auch am Roboter eine Lorch-Schweißanlage haben. Also haben wir es zusammen mit ihm umgesetzt.

Und da war Ihnen klar, dass das ein neuer Markt ist?

Nicht sofort. Ursprünglich hatte ich das eher als Türöffner für den Handel gesehen, schließlich vertreiben wir unsere Schweißanlagen ausschließlich über den Fachhandel. Aber der Handel hat kaum Erfahrung mit der Roboterintegration und die Kunden mögen es nicht, wenn sie verschiedene Ansprechpartner für Roboter und Schweißanlage haben. Also haben wir uns entschieden, ein Cobot Welding Package zu entwickeln, bei dem der Kunde alles aus einer Hand hat, aus unserer. Damit er einen guten Service bekommt, arbeiten wir mit spezialisierten Händlern zusammen, den Lorch Cobot Partnern.

Aber was hat Sie denn überhaupt bewogen, das Cobot Welding Package zu erstellen? Irgendetwas muss Sie ja überzeugt haben...

Tatsächlich waren wir positiv überrascht von der Benutzerfreundlichkeit der kollaborativen Robotersysteme. Wir hatten anfangs das Vorurteil, dass Cobots nicht ganz ernst zu nehmen sind, dass sie ein bisschen Spielzeug sind. Aber das ist einfach nicht richtig. In gewissen Anwendungsfeldern hat der Cobot absolut seine Berechtigung, vor allem beim Schweißen von kleinen bis mittelgroßen Serien. Das System ist einfach zu bedienen, vielen Anwendern macht es sogar richtig Spaß, mit dem Cobot zu arbeiten. Als wir das bei den Pilotprojekten gesehen haben, entschlossen wir uns, ein eigenes Produkt daraus zu machen. Das ist neu für die Branche, für die Schweißautomatisierung. 20 Jahre lang war hier die Innovation bei der Stromquelle. Es gab auch mal Roboteranwendungen, aber das war meist recht komplex. Der Cobot ist für Mittelständler wesentlich einfacher. 

Wie war die Resonanz über den Pilotkunden hinaus?

Die Resonanz war riesig. Teilweise sind die Kunden 450 Kilometer hierher gefahren, um eine Vorführung zu sehen. Ein Kunde legte mir die Kreditkarte auf den Tisch und fragte: „Wann bringen Sie mir das Ding?“ Das mit der Kreditkarte war natürlich ein Spaß, aber er hat das Cobot Welding Package per Handschlag für über 60.000 Euro direkt bestellt. Genau da haben wir gemerkt, dass in diesem Bereich unglaublich viel Potenzial steckt. Das Produkt ist einfach passend. Es ist leicht zu bedienen und wenn man es dem kaufmännischen Leiter erklärt, versteht auch er direkt die Vorteile. Er sieht die Möglichkeiten, dass es alles wesentlich einfacher wird, weniger erklärungsbedürftig. Das macht richtig Spaß in der Anwendung, auch für unsere Kunden.

Spaß hin oder her, am Ende hat man aber auch beim Cobot eine gewisse Programmierarbeit.

In den Pilotprojekten haben wir vieles gelernt. Wir haben mit einfacher Integration angefangen und herausgefunden, welche Themen dem Kunden wichtig sind. Das Erste ist, dass er einen vertrauten Ansprechpartner für sein System hat, weil es neu ist. Das Zweite ist die einfache Bedienung. Die meisten Cobots lassen sich sehr leicht teachen. Aber wenn man dann fürs Schweißen mit Skriptbefehlen anfangen muss, wird es schwieriger. Deshalb haben wir die Cobotronic-Software entwickelt. Das ist ein Riesenschritt für den Schweißer, der das bedienen soll. Wir haben Funktionsbausteine entwickelt, sodass die Ansteuerung der Stromquelle fürs Schweißen in einem Assistenten in der Cobot-Steuerung integriert ist. Auf diese Weise kann man ganz einfach mit dem Cobot schweißen. Operativ ist dann nicht die Programmierung im Vordergrund, sondern das Schweißen.

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