Schweißroboter: Leicht und ausfallsicher

Steckbrief

• Was wurde benötigt: triflex R 3D-Energiekette aus dem feuerfesten Werkstoff igumid NB, drylin SLW Linearmodule, Rundtischlager PRT-04
• Anforderungen: Bei Drehungen von mindestens 360 Grad müssen alle Leitungen sicher geführt werden. Und auch hohe Temperaturen beim Schweißen sowie der Kontakt mit heißen Funken dürfen der Leitungsführung keine Probleme bereiten. Die Aufhängung und Führung des Schweißkopfes sollte die millimetergenaue Justierung ermöglichen.
• Branche: Roboter
• Erfolg für den Kunden: 360 Grad Drehungen sind heute ohne Verschleiß der Leitungen möglich. Da die e-kette aus igumid NB besteht, kann Funkenflug ihr nichts anhaben. Für die Aufhängung des Schweißkopfes wurden komplett schmier- und wartungsfreie Lager gefunden, die ausfallsicher und leichtgewichtig sind.

Der mobile Schweißroboter soll Mitarbeitern das Verschweißen von Stutzen abnehmen. Auf den Stutzen lassen sich beispielsweise Leitern oder Unterkonstruktionen montieren.

Problem

DIN Tools ist ein Unternehmen mit Sitz im belgischen Heist-op-den-Berg bei Antwerpen, spezialisiert auf die Entwicklung von Schweißautomatisierung und Robotern. Ein bei DIN Tools von der Firma Smulders – einem französischen Bauunternehmen – in Auftrag gegebener Schweißroboter soll kreisrunde und unterbrechungsfreie Schweißnähte produzieren. Der Prototyp soll später täglich 2.400 Stutzen verschweißen können und so z.B. Übergange zwischen Fundament und Windkraftturm in Offshore-Windkraftanlagen sicher und besser als jeder Mensch herstellen.
Optisch erinnert der Schweißroboter an einen Presslufthammer. Ein Mitarbeiter positioniert den Roboter und startet den Schweißvorgang. Der Roboter macht nun eine 360-Grad-Drehung mit einer zusätzlichen Überlappung von 6 Grad und verschweißt den Stutzen mit dem Fundament. Er übertrifft selbst bei täglicher hundertfacher Ausführung des Schweißvorgangs in Qualität und Kontinuität selbst routinierte Mitarbeiter und ist daher gerade in Zeiten des Fachkräftemangels wichtiger denn je.
Beim Bau des Schweißroboters sahen sich Bart Lourdaux, der Inhaver von DIN Tools, und sein Kollege, Projektmanager Kevin Wijns, insbesondere mit dem Problem der Leitungsführung konfrontiert. Das Team musste einen Weg finden, die Leitungen und Schläuche für Strom und Schweißdraht sicher zu führen. Und zwar derart, dass sie Drehungen von mindestens 360 Grad überstehen, ohne dabei aneinanderzureiben und zu verschleißen oder sich zu verhaken und dadurch die Schweißqualität zu verschlechtern. Und auch hohe Temperaturen beim Schweißen sowie der Kontakt mit heißen Funken dürfen dem keine Probleme bereiten.
Neben der Leitungsführung bestand eine zweite Herausforderung in der Aufhängung und Führung des Schweißkopfes. Die Anforderung des Kunden bestand darin, den Kopf über zwei Achsen millimetergenau justieren zu können.

Lösung

Da der Geschäftsführer von DIN Tools bereits seit 2004 mit uns zusammenarbeitet, lag die Lösung für das Leitungsproblem bereits in greifbarer Nähe. Heute kommt eine triflex R zum Einsatz, eine dreidimensionale e-kette aus Hochleistungskunststoff. Die Energieleitung und der Schlauch für die Zuführung des Schweißdrahtes lassen sich unkompliziert im Inneren der e-kette fixieren. Jedes Kettenglied lässt eine Torsion von 10 Grad zu. Um Schlaufenbildungen zu vermeiden, lässt sich die e-kette mit einem Federstab versteifen. 360 Grad Drehungen sind ohne Verschleiß der Leitungen möglich. Gleichzeitig behindern die Leitungen den Roboter bei seiner Arbeit nicht. Da die e-kette aus igumid NB besteht, kann Funkenflug ihr nichts anhaben. Der Hochleistungskunststoff hält Temperaturen von –40 °C bis +80 °C stand, weist eine hohe Abriebfestigkeit auf und ist robust.
Bei der Aufhängung des Schweißkopfes kommen kompakte SLW Linearmodule mit verwindungssteifen Aluminium-Doppelwellenprofilen der Serie drylin sowie das flache Rundtischlager PRT-04 zum Einsatz. Die Positionierung des Schweißkopfes erfolgt über eine Trapezgewindespindel mit manuellem Antrieb. Die Lager bestehen aus Hochleistungskunststoffen und ermöglichen im Gegensatz zu Metalllagern einen wartungsarmen Trockenlauf. Ein im Kunststoff integrierter Festschmierstoff setzt sich bei Mikroabrieb frei und erzeugt auf der Wellenoberfläche einen Selbstschmiereffekt. Niemand muss nachschmieren, kein Schmiermittel muss zur Verfügung gestellt werden, keine Anleitung ist notwendig. Da sich Staub- und Schmutzpartikel schnell mit Schmiermitteln verbinden und zum Ausfall herkömmlicher Lager führen, bedeutet der Trockenlauf auch gleichzeitig Ausfallsicherheit. Zuletzt punkten die Linearmodule und Rundtischlager aus Aluminium mit ihrem geringem Gewicht. Der Schweißroboter wiegt rund 18 kg und ist leicht genug, damit ihn ein Mitarbeiter mit seinen Händen anheben kann.

Das Stromkabel für den Schweißkopf und der Schlauch für den Schweißdraht sind in einer triflex R e-Kette aus Hochleistungskunststoff fixiert. Der Schweißkopf ist an einem drylin SLW-Linearmodul montiert. Die Positionierung erfolgt über eine Trapezgewindespindel mit manuellem Antrieb.

Unter anderem produziert Smulders Übergangsstücke für Offshore-Windturbinen, wie z. B. die 150 Fundamente für die niederländische Offshore-Windfarm Gemini.