So funktioniert automatisiertes Schweißen mit dem Roboter

Sie wollen in ihrem metallverarbeitenden Betrieb endlich auch größere Aufträge mit über 1.000 gleichen Teilen annehmen können? Mehr Personal kommt aber nicht in Frage, und ihre vorhandenen Mitarbeiter wollen Sie nicht mit immer gleicher Arbeit wie am Fließband langweilen? Dann könnte sich ein Schweißroboter lohnen.

Schweißen ist eine der wichtigsten Tätigkeiten für Roboter. Laut International Federation of Robotics sind Schweißvorgänge nach dem Handling der zweithäufigste Arbeitsprozess beim Robotereinsatz:

Wir haben die Basics rund ums Schweißen mit dem Roboter zusammengestellt.

Welche Arbeiten Ihnen ein Roboter außerdem abnehmen kann, erfahren Sie in diesem Beitrag.

 Was ist ein Schweißroboter und was kann er?

Stattet man einen Industrieroboter mit einem Schweißkopf oder einer Schweißzange und den entsprechenden Softwaremodulen aus, spricht man von einem Schweißroboter.

Das Schweißen ist zweifelsohne eines der kompliziertesten Verfahren im Fertigungsprozess. Dementsprechend können viele Fehler passieren. Dank des automatisierten Schweißens lassen sich diese vermeiden - unabhängig vom zu schweißenden Werkstoff. Ein Roboter liefert stets dieselbe Qualität der Schweißnaht - oft besser als die eines Menschen - und schafft die Arbeit zudem schneller als der Mensch.

Grundsätzlich lassen sich automatisierte Schweißzellen in zwei Kategorien einteilen:

• Beim halb-automatischen Schweißen benötigt die Maschine noch Hilfe von menschlichen Kollegen. Der Operateur lädt die Schweißmaschine händisch. Oft überprüft noch ein Kontrolleur den Prozess und entlädt die Maschine.
• Beim vollautomatischen Schweißen hingegen fällt die menschliche Arbeitskraft gänzlich weg. Maschinen beladen die Schweißzelle und entfernen nach dem Schweißprozess die Werkstücke beziehungsweise Bauteile auch wieder. Solche Verfahren lohnen sich jedoch nur in hoch automatisierten Produktionsprozessen.

Roboter lassen sich aber auch arbeitsteilig nutzen – und hier wird es für kleine Betriebe und Handwerker interessant. So kann man kollaborierende Roboter (Cobots) zurecht als echte Kollegen bezeichnen. In der Praxis kann das dann so aussehen, dass der Mensch beispielsweise ein Werkstück zusammenheftet und es an den Schweiß-Cobot weiterreicht, der dann die Schweißnähte setzt. Bei diesem Typ Roboter ist die Programmierung in der Regel einfacher als bei einem klassischen Industrieroboter.

Grundsätzlich werden zum Roboterschweißen Maschinen mit sechs Achsen genutzt. Es gibt aber auch Modelle mit einer siebten Achse. Dieser Typ eignet sich, wenn schwer zugängliche Stellen geschweißt werden sollen. Durch die siebte Achse wird der Roboter in der Regel horizontal entlang einer Linie bewegt.

Welche Schweißverfahren sind per Roboter möglich?

Ein Roboterarm lässt sich mit verschiedenen Schweißköpfen ausrüsten. Das ermöglicht ihm sämtliche Verfahren wie zum Beispiel das Metallschutzgasschweißen, zu dem die Methoden WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgasschweißen) und MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas-Schweißen) gehören. Beide Verfahren nutzen einen Lichtbogen zwischen Draht und Schweißstück.

Ein weiteres Verfahren ist das MIG-Schweißen (Metall-Inertgas-Schweißen). Da sich MIG- und MAG-Schweißen nur durch das verwendete Schutzgas unterscheiden, spricht man oft auch vom MIG/MAG-Schweißen. Die drei bisher genannten Verfahren nutzen einen Lichtbogen zwischen Draht und Schweißstück.

Aber auch das Widerstandsschweißen, Plasmakopfschweißen oder Laserschweißen lässt sich mit Robotern automatisieren. Es gibt somit für jede Anwendung, und egal wie hoch automatisiert der Prozess sein soll, ein geeignetes Schweißverfahren.

Was sind die Vorteile von Schweißrobotern?

Schweißroboter lohnen sich in vielerlei Hinsicht. Die Güte der Schweißnähte verbessert sich deutlich im Vergleich zu manuell gesetzten Nähten. In immer mehr Bereichen der Produktion ist das Thema Präzision ausschlaggebend. Auch hier hat Kollege Roboter die Nase vorn.

Zudem verkürzen automatisierte Schweißprozesse die Bearbeitungszeit. Mirko Siegel, technischer Berater der Firma ABS Schweißtechnik berichtete uns von einem Kunden, der die Produktion in seinem Betrieb mit Hilfe von Schweißrobotern verdoppelte. Jetzt werden fünf Teile auf einmal bearbeitet. Die Teile werden nebeneinander positioniert und direkt nacheinander geschweißt.

Roboter schweißen präzise. Dies bedeutet nicht nur, dass die Qualität der Schweißnaht stimmt. Auch in der Nachbearbeitung sinkt der Aufwand. Die Nähte sind besonders sauber. Zudem ist das automatisierte Schweißen weitgehend spritzerfrei. Künstliche Intelligenz ist dabei nicht notwendig.

Das manuelle Schweißen birgt außerdem viele Gefahren. Der Arbeiter kann sich leicht verletzen, vor allem wenn er unkonzentriert oder müde ist. Kollege Roboter braucht keine Kaffeepause und keinen Feierabend. Er arbeitet konstant den Auftrag ab und ist durchgehend im Einsatz.

Zudem können beim Schweißen von bestimmten Metallen, wie beispielsweise gezinkten Blechen gesundheitsschädliche Dämpfe und Gase entstehen. Mit einem Schweißroboter lassen sich die Mitarbeiter besser schützen – sofern das Unternehmen überhaupt noch Fachpersonal findet. Denn die Menschen wollen keine Schweißer werden.

Wie sagte Udo Weinert, Geschäftsführer der BTD GmbH, die unter anderem Stahlzylindertanks für die Lagerung von Benzin, Diesel und Heizöl herstellen, in einem Interview mit der Zeit im Jahre 2019 schon so schlicht und ergreifend? „Man findet auf dem deutschen Markt keine guten Schweißer mehr.“

Gerade kollaborative Roboter (Cobots) können helfen, den Fachkräftemangel zu kompensieren, da sie einfach zu bedienen sind und so ungelernte Arbeiter selbst komplizierte Schweißarbeiten übernehmen können.

Mirko Siegel, technischer Berater von ABS Schweißtechnik, berichtet, dass er einen Cobot nach einer zweistündigen Theorieschulung innerhalb von fünf Minuten dazu brachte seine erste Schweißnaht zu ziehen. Dazu sind keine Programmierkenntnisse nötig. Vorgefertigte Schablonen sagen dem Roboter, was zu tun ist. Dann aktiviert man den Cobot über einen Knopf am Arm und führt ihn dahin, wo die Schweißnaht positioniert werden soll. Anschließend setzt man den Start- und Endpunkt und lässt die Maschine die Arbeit verrichten.

Neben allen technischen Vorteilen kann die Automation beim Schweißen aber vor allem beim Kosten sparen helfen. So können sich bereits Kleinserien ab zehn Stück wirtschaftlich lohnen. Zudem ist der Roboter nicht nur schneller und präziser als der Mensch. Er hilft auch, den Materialverbrauch zu verringern und so Kosten für den Wareneinsatz zu sparen.

Was kostet ein Schweißroboter?

Die Anschaffungskosten und somit der Preis variieren ganz nach Ausstattung des Industrieroboters. Man sollte sich zunächst folgende Fragen stellen:

• Welche Reichweite und Leistung benötigt der Arm?
• Was für ein Schweißverfahren soll verwendet werden? Welcher Werkstoff soll geschweißt werden?
• Wie viele Roboter werden benötigt? Will man mehrere Stationen gleichzeitig bedienen?
• Soll der Roboter mit dem Menschen zusammenarbeiten? Denn eine Aufgabe zu automatisieren, ist immer kundenspezifisch und Maßarbeit.

Die Anschaffungskosten eines Cobots verteilen sich zum einen auf den eigentlichen Roboterarm und die Peripherie wie etwa Sensorik, Kameras und Software. Zum anderen auf die Integration des neuen Systems in die Produktionsumgebung. Hier gilt die Faustregel: Der Roboterarm macht ein Drittel der Anschaffungskosten aus.

Auch die Wahl des Roboters ist entscheidend. Umso einfacher sich die Maschine installieren und programmieren lässt, umso weniger Kosten fallen bei der Systemintegration an. Viele Peripherieprodukte sind bereits als Plug&Play-Lösungen erhältlich. Sie lassen sich ebenfalls kostengünstiger integrieren, da die Schnittstellen nicht mehr zeitaufwendig programmiert werden müssen.

Einen ersten Überblick über Komponenten, Kompatibilität und Kosten bekommt man zum Beispiel auf Online-Marktplätzen für Roboter wie Unchained Robotics, Xito oder RBTX.

Der Preis für Cobots ist in der Regel niedriger als der Preis für klassische Industrieroboter. Ein komplettes System zum Schweißen mit dem Cobot kann daher schon für knapp unter 40.000 Euro erworben werden.

Für hochwertiger ausgestattete Systeme mit Zusatzprogrammen und optionalem Zubehör liegt der Preis für einen Schweiß-Cobot bei 60.000 bis 65.000 Euro. Grundsätzlich variiert der Preis mit den Anforderungen aus der jeweiligen Anwendung. Das berichtet Mirko Siegel von der technischen Beratung von ABS Schweißtechnik. Standardisierte, kompakte Schweißzellen mit kleineren Schweißrobotern gibt es ab circa 75.000 Euro zum Beispiel von Herstellern wie Cloos oder Yaskawa. Der Preis für größere Industrie-Schweißroboter hingegen startet bei 100.000 Euro.

Hat der Roboter stets dieselbe Arbeit zu verrichten, rechnet sich zu Anschaffungskosten lediglich der Wartungsaufwand und der Stromverbrauch. In der Regel ändern sich aber die Anforderungen an den Schweiß-Cobot im Laufe der Zeit. Dann fallen entsprechende Kosten für den Ausbau des Systems an.

Welche Hersteller gibt es?

Einige Hersteller von Robotertechnik haben sich komplett auf das Schweißen spezialisiert. Dazu zählen zum Beispiel Cloos aus Deutschland, das japanische Unternehmen OTC Daihen und igm aus Österreich.

Bekannt am Markt sind auch Kuka Schweißroboter, sowie Maschinen von Fanuc oder von Yaskawa Europe. Auch ABB IRB (Industrieroboter) lassen sich zum Schweißen nutzen. All diese Hersteller sind schon lange am Markt, sodass auch gebrauchte Modelle der Schweißroboter zu einem günstigeren Preis erhältlich sind.

Noch recht neu sind die sogenannten Cobot-Schweißroboter. Sie werden beispielsweise als komplettes Paket von Lorch und Migatronic mit Cobots von Universal Robots sowie von Cloos mit Cobots von Doosan angeboten.

überarbeitet von Redaktion Automation NEXT