Automatisiertes Schweißen: Basis für eine zukunftsfähige Tankfertigung
Mit einem starken Partner an der Seite hat HORSCH ein neues Verfahren für das Schweißen von Tanknähten eingeführt – mit klaren Qualitätsvorteilen und Verbesserungen bei der Arbeitssicherheit.
Große, dünnwandige Tanks mit Schweißnähten von bis zu 3 m stellen hohe Anforderungen an die Fertigung. Für die Zulieferer bedeutete das bislang nicht nur lange Schweiß- und Schleifzeiten, sondern auch eine erhebliche körperliche Belastung für die Mitarbeitenden. Vor diesem Hintergrund rückte bei HORSCH die Frage in den Fokus, wie sich die Qualität und der Prozess des Schweißens der Tanknähte verbessern lassen. „Wir haben das Thema Tanks immer wieder betrachtet und uns gefragt, was wir optimieren können“, sagt Florian Forster, Projektverantwortlicher Qualitätsmanagement. Seit Mitte 2022 arbeitet man gezielt an einer Lösung.
Im Rahmen einer Abschlussarbeit wurde die Wirtschaftlichkeit der Automatisierung von Schweißnähten analysiert. Parallel dazu begann die Firma Quadrus Metalltechnik – ein langjähriger Partner mit großen Erfahrungen im Bereich Roboterschweißen, Anlagenhersteller anzufragen und technische Konzepte zu prüfen. Nach umfangreichen Analysen stand schließlich fest, dass rund 85 % eines Pronto Tanks automatisiert mittels Roboter geschweißt werden können. Die Firma entschied sich daraufhin, vollständig in eine entsprechende Roboteranlage zu investieren. „Quadrus war hier von Anfang an unser Teamplayer“, sagt Florian Forster. „Ohne diesen Partner hätten wir das Projekt nicht umsetzen können – gerade was das technische Know-how in diesem Bereich betrifft.“
Optimiertes Verfahren, bessere Ergebnisse
Beim manuellen Schweißen müssen lange Nähte abschnittsweise gesetzt werden. „Eine 3 m lange Schweißnaht kann man nicht in einem Zug von Hand schweißen, sondern man muss zwischendurch absetzen“, erklärt Florian Forster. Die Ansatzstellen bleiben sichtbar und müssen anschließend verschliffen werden, um ein gleichmäßiges Erscheinungsbild zu erzielen. Mit dem Roboter entfällt dieser Arbeitsschritt, da die Naht in einem Zug geschweißt wird.
Für die gleichbleibende Qualität spielt zudem die Sensorik eine zentrale Rolle. Ein integrierter Laserscanner tastet die Bauteilgeometrie zunächst ab und erkennt exakt die Lage der Naht. Erst danach fährt der Roboter die programmierte Schweißbahn ab – stets mit identischem Abstand zum Bauteil. Das sorgt für reproduzierbare Ergebnisse und ein konstantes Arbeitsbild.
Mit der Automatisierung wurde auch das Schweißverfahren selbst angepasst: Die Tanks werden nun im CMT-Verfahren bearbeitet, das mit deutlich geringerer Hitze auskommt und Verzug im dünnen Blech minimiert. Der Roboter hält den Abstand stabil und erzeugt eine Linie, sodass bei den meisten Bauteilen ein einseitiges Schweißen von außen genügt. Das frühere beidseitige manuelle Schweißen entfällt damit.
Durch das neue Verfahren werden sämtliche Schleifarbeiten überflüssig. Beim Verschleifen bestand immer das Risiko, ungewollt Grundmaterial abzutragen oder die Naht zu schwächen. Jetzt bleibt das Material vollständig erhalten, was mögliche Fehlerquellen reduziert. Die Ergebnisse sprechen für sich: Die Nähte sind optisch deutlich gleichmäßiger, leichter zu beurteilen und weisen weniger Porenbildung auf – was sich positiv auf das Korrosionsverhalten auswirkt. Insgesamt entsteht eine konstant hohe Qualität.
Auch die Arbeitssicherheit profitiert deutlich. „Schweißen bedeutet Gefahrenquellen – Hitze, Lichtbogenstrahlung, Rauch, Dämpfe“, betont Florian Forster. Da der Roboter diese Schritte übernimmt und Schleifarbeiten entfallen, werden Mitarbeitende entlastet.
Statements von Quadrus
Alexander Ram über die Herausforderungen und die Zusammenarbeit.
„Eine der größten Herausforderungen war, im Dünnblechbereich wirklich auf die nötige Genauigkeit zu kommen. Wir reden da von Zehntelmillimetern, damit der Wurzeldurchbrand sicher passt. Das beginnt bei den Heftschablonen und geht bis zu den Sensoreinstellungen.
In der Zusammenarbeit mit HORSCH gab es immer wieder Geometrieanpassungen, wenn der Roboter irgendwo nicht hinkam.
Anfangs wussten wir nicht, ob das überhaupt möglich ist. Jetzt haben wir gezeigt, dass es funktioniert. Und nun geht es darum, das Bestehende weiter zu optimieren.“
Andreas Buron über die Arbeit an der neuen Anlage und den Aufbau des Schweißprozesses.
„Für mich war das Projekt sehr interessant, weil die Tankanlage mit der ganzen Sensorik schon noch einmal ein anderes Level ist als die Roboterschweißanlagen, die ich davor programmiert habe. Wir hatten Schulungen dafür und durch die enge Abstimmung mit HORSCH konnten wir den Prozess Schritt für Schritt aufbauen.
Wichtig ist auch, die richtige Reihenfolge der Nähte zu wählen, damit man möglichst wenig Verzug hat. Und wenn man sieht, was man mit so einer Anlage alles machen kann, ist das schon beeindruckend.“
Funktionsweise und Tests
Aktuell laufen zwei unterschiedliche Pronto Tanks serienmäßig über die Anlage, ein dritter befindet sich in der Programmierungsphase. Quadrus übernimmt dabei die komplette Offline-Programmierung: HORSCH stellt die Step-Datei des Tanks bereit, Quadrus integriert diese in die 3-D-Software der Roboterzelle, definiert Schweißparameter, legt die Nahtverläufe fest und erstellt das Roboterprogramm. Anschließend wird das Programm an der Anlage online nachgeteacht, um die Positionierung der Nähte präzise abzustimmen.
Bevor die Serienfertigung startete, wurden die ersten Maschinen mit den robotergeschweißten Tanks am Kreisprüfstand in Schwandorf intensiv auf Haltbarkeit getestet. Erst danach startete man mit einer kleineren Stückzahl – zuerst 20 Maschinen, dann 50. Inzwischen sind die Maschinen mit den robotergeschweißten Tanks schon länger im Feld im Einsatz. „Die Kunden waren durchaus begeistert“, berichtet Florian Forster.
Für das kommende Jahr ist eine Fertigung von 350 bis 400 Tanks mit diesem Verfahren vorgesehen. Parallel wird daran gearbeitet, das Verfahren auf weitere Tanks auszubreiten, zum Beispiel die der Maestro. Dabei geht es nicht nur um die Programmierung, sondern auch um konstruktive Anpassungen, damit Bauteile robotergeeignet sind. Das Projekt ist langfristig ausgelegt: höhere Stückzahlen, gleichbleibend hohe Qualität und weniger Personalbedarf in einem Bereich, in dem Fachkräfte schwer zu finden sind. „Wir wollen uns damit zukunftssicher aufstellen“, resümiert Florian Forster.