Hier wird der Boomerang-förmige Kranauslegerarm in einer speziellen Vorrichtung verschweißt.

Hier wird der Boomerang-förmige Kranauslegerarm in einer speziellen Vorrichtung verschweißt. (Bild: Reis GmbH & Co. KG)

Durch den Einsatz von Reis-Robotertechnik mit 19 programmierbaren Achsen konnte Berghaus die Fertigungsgeschwindigkeit und -qualität bei der Produktion von Bagger-Auslegerarmen steigern.

Stephan H. Gursky

Obernburg (rm). Der Auslegerarm gehört zu den am höchsten belasteten Teilen eines Baggers. Daher ist seine Stabilität eine Grundvoraussetzung für den sicheren Betrieb. Der Kompaktbagger-Hersteller Kubota lässt dieses entscheidende Bauteil aus Kapazitätsgründen bei der Apparatebau Berghaus GmbH fertigen.

Der Bumerang-förmige Baggerarm überträgt die gesamte Last meist in Form schwer gefüllter Baggerschaufeln auf das Baggerfahrgestell. Für seine Produktion hat der Blechverarbeitungs- und Schweißtechnik-Spezialist Berghaus in eine weitere Roboter-Schweißanlage von Reis investiert. Sie wurde vom Reis Robotics-Systempartner S+B projektiert sowie installiert, ebenso wie bereits fünf Anlagen vorher.

Der Auslegerarm liegt in zwei Längen vor, wiegt rund 200 kg und wird aus zwei Guss-Kopfteilen an den Enden sowie etwa 20 verschiedenen Blechteilen zu einem verstrebten Hohlkörper zusammengeschweißt. Diese Aufgabe führten Schweißer in der Vergangenheit manuell aus.

Ziel von Berghaus war es, eine höhere Schweißqualität reproduzierbar in einem deutlich kürzeren Zeitfenster zu erhalten. Daraus resultierte eine Portallösung mit einer lichten Weite von rund 18 m und einer Fertigung in drei Schritten. Gegenüber den früheren manuellen Schweißarbeiten spart man zwei Arbeitsstationen ein, da die notwendigen Arbeitsabläufe nach einer Analyse optimiert werden konnten.

An einem Portal RLV03-13 sind zwei 6-achsige Roboter RV 20-16 installiert, die durch das Portal und eine zusätzliche Huboption um 2 m jeweils acht 8 Achsen haben. Sie führen jeweils die Arbeitsschritte 1 und 3 parallel aus, beim Arbeitsschritt 2 arbeiten sie gleichzeitig an einer Vorrichtung. Damit eröffnet sich die Option, Werkstücke einsetzen oder wechseln zu können, ohne dass es dabei zu längeren Verarbeitungspausen kommt. Gemeinsam mit den drei Peripherieachsen der Drehmodule hat die Anlage somit 19 programmierbare Achsen.

Vor dem Verschweißen übernimmt Berghaus einen Großteil der Vorfertigung. Vier Laserschneidanlagen trennen einige der benötigten Formen präzise aus den Flachblechen heraus. Auf vier Kantmaschinen werden die Bleche kalt in Form gebracht.

In der Station 1 werden Gussköpfe und Grundrahmen zunächst in eine Reitstockdrehvorrichtung RDV26 mit Gegenlager eingesetzt und von einem Roboter geheftet. In Station 2 wird der vorgefertigte Baggerarm in ein Drehmodul RDM26 mit einem Durchdrehradius von 2 m eingespannt, um ihn ringsum zu verschweißen.

Hier sind beide Roboter parallel im Einsatz und schweißen an gegenüber liegenden Seiten im Master/Slave-Betrieb, um einen Verzug zu verhindern. Weil es bei den vorgefertigten Blechen zu geringen wechselnden Spalttoleranzen kommen kann, holen sich beide Roboter vor dem Beginn dieser Aufgabe jeweils eine Laserkamera von einer Ablage über Station 2.

Sie können damit kleine Abweichungen der unterschiedlichen Grobbleche – die teilweis aus Fremdfertigung stammen – vom programmierten Sollwert erkennen und die Schweißbahn daran anpassen. In Station 3 schließlich wird das Bauteil erneut in eine Reitstockdrehvorrichtung RDV26 mit Gegenlager eingesetzt. In diesem Schritt schweißt ein Roboter die Anbauteile an, beispielsweise für Hydraulikzylinder, Schlauchführungen und Lampen.

Die Reitstock-Drehvorrichtungen haben neben den zwei Türmen zur Aufnahme der Gussköpfe 28 pneumatische Spanneinrichtungen, um die genaue Position anhand der Sollmaße sicherzustellen. Da die Baggerarme zusammengesetzt werden, gibt es verschiedene Spannzyklen. Daher muss jede Spanneinrichtung entsprechende Sensorik haben, um zu erkennen, ob die Teile für den nächsten Verarbeitungsschritt gespannt sind. Die Steuersignale der gesamten Spanneinrichtung werden per CAN-Bus in Echtzeit zum Zentralrechner übertragen.

Speziell für die ersten Schritte gibt es daneben Handhebel, um Werkstücke zur Lagesicherung einzuspannen. Eine separate Handsteuerung pro Station erleichtert die Ausrichtung und das Beladen durch manuelles Verfahren der Peripherieachsen in jeder Spannvorrichtung. Trotz der großen und schweren Teile entsteht durch die Kombination aus exakter Spannvorrichtung und Roboterschweißanlage eine Wiederholgenauigkeit von 0,1 mm.

Eine weitere Besonderheit ist die Option, die zwei unterschiedlich langen Baggerarme auf der gleichen Drehvorrichtung befestigen zu können. Dazu lässt sich ein Aufnahmeturm entsprechend in zwei Positionen verschieben. Nach dem Verschweißen im Inneren des Arms werden nacheinander die Außenteile – beispielsweise das gebogene Blech des Oberzugs – aufgesetzt und ebenfalls verschweißt. Dabei entstehen ansatzfreie Nähte bis 3 m Länge. Auch die MIG-/MAG-Schweißbrenner wurden in einer Sonderlänge gewählt, damit sie auch an verdeckten Stellen im Inneren des Arms gut schweißen können.

Eine Spezialeinrichtung saugt den Schweißrauch ab. Dabei handelt es sich um mitfahrende Rauchhauben am Portal, von wo aus die Gase über einen Sauglippenkanal abgeführt werden. Der Schweißdraht wird den Brennern aus je einem ebenfalls mitfahrenden Fass zugeführt. Jede Station hat eine Lichtschrankenabsicherung. Blendschutzvorhänge ermöglichen die ungestörte Arbeit in der Nähe der Schweißzellen.

Vorteilhaft bei der Programmierung der komplexen und zeitoptimierten Schweißprozesse ist die Software ProSim von Reis. Hiermit lassen sich die meisten Abläufe bereits anhand der Konstruktionsdaten von Werkstück und Dreh-Spannvorrichtung vorbereiten. Zudem kann man später mit Hilfe von relativ wenigen Teach-Punkten die Schweißbahnen der Brenner am Objekt definieren.

Von der Projektierung über die Programmierung und anschließende Tests bis zur endgültigen Installation bei Berghaus hat S+B alle Projektschritte koordiniert und alle Anlagenteile vom Roboterportal über den Vorrichtungsbau bis zur Fremdtechnik montiert.

Berghaus kann die Baggerarme nun nach eigenen Angaben schneller und in reproduzierbar hoher Qualität herstellen. Zudem lässt sich die flexible Schweißanlage schnell an künftige Anforderungen und Aufträge anpassen.