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Was ist ein Schweißroboter? Robotiklösungen für das Roboterschweißen im Überblick

Vom einzelnen Schweißroboter über Schweiß-Cobots bis zur kompletten Schweißroboterzelle
Was ist ein Schweißroboter? Robotiklösungen für das Roboterschweißen im Überblick

Schweißroboter helfen dem Fachkräftemangel beim Schweißen zu begegnen und eignen sich inzwischen auch für kleine und mittelständische Unternehmen. Aber was ist eigentlich ein Schweißroboter? Und was ist ein Schweiß-Cobot? Welche Hersteller für Schweißroboter und fertige Roboter-Schweißzellen gibt es? Alles Wissenswerte im Überblick.

Was ist ein Schweißroboter?

Ein Schweißroboter ist ein Industrieroboter, der für das Schweißen von Teilen und Strukturen verwendet wird. Er ist in der Regel mit einer Schweißpistole ausgestattet und kann präzise und wiederholt Schweißnähte an verschiedenen Stellen anbringen. Schweißroboter bestehen aus einem Roboterarm, der mit einer Schweißpistole ausgestattet ist, und einer Steuerungseinheit, die die Bewegungen des Roboterarms und die Funktion der Schweißausrüstung koordiniert.

Im Grunde genommen ist ein Schweißroboter ein normaler Industrieroboter, der mit einer entsprechenden Schweißausrüstung (Schweißbrenner oder Schweißzange) ausgestattet wird. Die meisten großen Roboterhersteller bieten bestimmte Versionen ihrer Industrieroboter  an, die aufgrund von Traglast, Reichweite und Aufbau (hohles Handgelenk) besonders gut für den Anwendungsfall Schweißen geeignet sind.

Wo werden Schweißroboter eingesetzt?

Das Schweißen ist eines der wichtigsten Einsatzgebiete für Roboter. Laut Weltroboterverband International Federation of Robotics (IFR) ist das Schweißen nach Handling (Handhabung) das zweithäufigste Einsatzfeld für Industrieroboter: Ca 17 Prozent der 2020 verkauften Industrieroboter waren Schweißroboter. In der Regel werden zum Roboterschweißen Industrieroboter mit sechs Achsen genutzt.

Schweißroboter werden häufig in der Automobilindustrie und anderen produzierenden Branchen eingesetzt, um die Effizienz und Qualität der Fertigung zu verbessern. Sie sind in der Lage, Schweißarbeiten schneller und genauer auszuführen als menschliche Arbeiter und können auch in gefährlichen oder unbequemen Arbeitsumgebungen eingesetzt werden.

Websession: Einfaches und flexibles Roboterschweißen

 

Was sind die Vorteile der Schweißrobotik?

Der Einsatz von Schweißrobotern bietet Unternehmen gleich mehrere Vorteile:

1. Fachkräftemangel: Vielen Betrieben fällt es schwer, ausgebildetes Schweiß-Fachpersonal zu finden. Sie wollen daher durch Roboterautomation ihre vorhandenen Fachkräfte produktiver einsetzen und von monotonen Tätigkeiten entlasten.

2. Arbeitsschutz: Das Schweißen ist ein anstrengender und gefährlicher Vorgang. Mit dem Einsatz von Schweißrobotern können Unternehmen Gefahren für die Mitarbeiter deutlich reduzieren.

3. Fehlervermeidung: Der Roboter macht beim automatisierten Schweißen weniger Fehler als der Mensch. Dadurch fällt auch weniger Ausschuss an. Das spart letztlich auch Material und Kosten und schont die Umwelt.

4. Qualität: Die Güte einer Schweißnaht ist bei einem Schweißroboter konstant gut – undnicht von der Tagesform oder der Konzentration des Schweißers abhängig.

5. Geschwindigkeit: Ein Roboter schweißt in der Regel schneller als der Mensch. Automatisierte Schweißprozesse verkürzen also die Bearbeitungszeit.

6. Ausdauer: Ein Schweißroboter braucht keine Pausen und kann auch mannlos über Nacht arbeiten – zumindest wenn er genug Nachschub hat. Denn in der Regel legen die Mitarbeiter die zu schweißende Bauteile ein, bevor der Roboter mit dem eigentlichen Schweißvorgang startet.

Welche Roboter-Schweißverfahren sind üblich?

Ein Industrieroboter lässt sich (je nach Anwendungsfall und zu schweißendem Material) mit verschiedenem Schweißequipment ausrüsten.

Schutzgasschweißen: Beispielweise kann der Roboter mit einem Schweißbrenner für das Schutzgasschweißen/Lichtbogenscheißen eingesetzt werden. Dazu zählen Verfahren wie das WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgasschweißen), MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas-Schweißen) oder das MIG-Schweißen (Metall-Inertgas-Schweißen). Da sich MIG- und MAG-Schweißen nur durch das verwendete Schutzgas unterscheiden, spricht man auch vom MIG/MAG-Schweißen. Alle drei Verfahren nutzen einen Lichtbogen zwischen Draht und Schweißstück. Mit dem Schutzgasschweißen können komplette Bahnen geschweißt werden.

Widerstandsschweißen/Punktschweißen: Beim Widerstands-Punktschweißen wird der Industrieroboter mit einer Schweißzange kombiniert. Diese Zange presst zwei Bleche aufeinander, die dann durch einen Stromstoß punktförmig geschmolzen und so miteinander verbunden werden. So sind punktförmige Schweißverbindungen möglich. Das Widerstands-Punktschweißen ist vor allem im Karosseriebau in der Automobilindustrie im Einsatz, wo ganze Linien schwerer Industrieroboter mit den meist schweren Schweißzangen hochautomatisiert arbeiten.

Weitere Verfahren: Mit Robotern lassen sich auch das Plasmakopfschweißen, das Rührreibschweißen oder das Laserschweißen automatisieren.

Cobots als Schweißroboter

In jüngster Zeit werden verstärkt kollaborierende Roboter, also Cobots, zum Schweißen eingesetzt. Solche kollaborativen Schweißroboter  eignen sich gerade für kleine und mittlere Unternehmen (KMU), vor allem weil man damit auch kleinere Losgrößen automatisiert schweißen kann. Natürlich arbeiten beim Cobot-Schweißen Mensch und Roboter nicht wirklich eng miteinander (also echt kollaborierend), zumal es gefährlich ist, wenn der Mensch direkt neben dem schweißenden Cobot steht.

Der große Vorteil eines Cobots ist aber ihre einfache Bedienung: Der Schweißer kann dem Roboter über einfach bedienbare grafische Oberflächen oder via Handführen programmieren. Schweiß-Fachkräfte können also einen Cobot programmieren und bedienen, ohne echte Roboterexperten sein zu müssen.

Weitere Vorteil des Cobots: Er braucht keine aufwändige Absicherung über Schutzzäune und ist so platzsparend zu installieren. Zudem sind die meisten Cobots Leichtbau-Roboter und können daher einfach ortsflexibel eingesetzt werden.

Wer sind Hersteller von Schweißrobotern?

Kompakte Schweißzellen vereinfachen den Einstieg

Um kleinen und mittleren Unternehmen den Einstieg in das Roboterschweißen zu vereinfachen, bieten Industrieroboterhersteller und Schweißtechnik-Anbieter zudem verstärkt komplette und kompakte Ready-to-Use-Roboterzellen an

Yaskawa: Arcworld und Weld4Me. Der Schweißroboter-Spezialist Yaskawa vereinfacht den Einstieg in das automatisierte Roboterschweißen sowohl mit seinen kompakten schlüsselfertigen Arcworld-Industrieroboter-Schweißzellen als auch mit der Cobot-Lösung Motoman Weld4Me, die insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen geeignet ist. Bei den Arcworld-Schweißroboterzellen sind Motoman-Schweißroboter, Positionierer, Steuerung und Stromquelle platzsparend und einsatzbereit auf einer Plattform zusammengefasst. So kann die Schweißroboterzelle schnell und einfach versetzt werden. Mit MotomanWeld4Me können die Schweißpositionen mittels Handführung des kollaborativen Roboters leicht angefahren und dann auf der einfachen Bedienoberfläche Welding Wizard leicht programmiert werden.

Kawasaki: K-Arc Basic und Robocon. Um KMUs den Einstieg ins Roboterschweißen zu erleichtern, haben Inperfektion, Kawasaki Robotics, Kemppi, Siegmund und Nederman mit Robocon mit Robocon eine außergewöhnliche Lösung entwickelt: Einen recycelten Schiffscontainer, in dem ein einfach bedienbarer Schweißroboter arbeitet. Robocon ist auch als Leasingmodell verfügbar. Auch mit der kompakten Lichtbogen-Roboterschweißzelle K-Arc Basic macht Kawasaki Robotics die Automation von Schweißprozessen jetzt einfacher, flexibler und günstiger. Die schlüsselfertige Roboterschweißzelle K-Arc Basic vereint alles, was zur Automatisierung von Schweißprozessen benötigt wird in einer kompakten Zelle. Sie eignet sich für MIG- und MAG-Schweißen und basiert auf einem Kawasaki Robotics BA006N Lichtbogenschweißroboter sowie Schweißequipment von Kemppi.

OTC: Easyarc. Für Handwerksbetriebe, Prototypenbauer und Kleinserienproduzente bietet OTC die einfach zu bedienende mobile Schweißzelle Easyarc. Diese gibt es in zwei Varianten: In der MIG/MAG-Ausstattung wird die schlüsselfertig eingehauste Schweißroboter-Station mit passender Stromquelle präsentiert, als WIG- Variante zusätzlich mit einem Horizontal-Dreh-Positionierer. Zu beiden Paketen gehören jeweils eine gas- oder wassergekühlte Schweißmaschine sowie ein Schweißroboter.

Kuka: Cell4_arc compact. Kukas Roboterschweißzelle Kuka cell4_arc compact ist eine kompakte MIG / MAG Schutzgas-Schweißroboterzelle. Die Roboterzellen sind vorkonfektioniert und sofort einsatzfähig: Dank moderner Software lässt sich die Schweißroboterapplikation einfach programmieren und bedienen.

Cloos: Qirox-Kompaktzellen. Kompakte Lösungen für das automatisierte Roboterschweißen verspricht Carl Cloos Schweißtechnik mit seinen Qirox-Kompaktzellen. Diese Qirox-Kompaktzellen eignen sich zum automatisierten Schweißen von kleinen und mittelgroßen Bauteilen. Das Qirox-System für das Roboterschweißen umfasst Schweißroboter, Positionierer, Sicherheitstechnik, Software, Sensorik sowie die Schnittstelle zur Prozesstechnologie. Der modulare Aufbau der Schweißroboter-Zellen ermöglicht jederzeit individuelle Erweiterungen und Nachrüstungen. Die Schweißroboter-Zellen benötigen wenig Platz und lassen sich einfach in jede Fertigung integrieren, da sie komplett vorinstalliert sind. Die Ready to weld-Systeme sind mit dem Qirox-Schweißroboter QRH-280 ausgestattet, der speziell für die Kompaktzellenlösungen entwickelt wurde.

Wie kann man Schweißroboter programmieren?

Traditionell: Grundsätzlich erfolgt die Programmierung der Roboterbahnen beim Schweißen ähnlich wie das sonstige Programmieren von Industrierobotern, also über die Teach-Pendant Bediengerät der Roboterhersteller oder über die jeweiligen Programmiersprachen und Programmier-Tools der Roboterhersteller.

Cobot-like: Eine einfache Programmierung und Bedienung versprechen Cobots, denn hier kann die Roboterbahn über eine grafische Oberfläche eingegeben bzw oder via Handführung vorgemacht werden.

Vormachen: Auf Vormachen statt Programmieren setzt auch das Wandelbots aus Dresden mit seiner Teaching Technologie. Wandelbots nutzt den intelligenten Stift Tracepen, mit dem der Schweißer die zu schweißende Naht abfährt. Diese Bahn wird aufgezeichnet und kann am Tablet nachbearbeitet werden. Anschließend fährt der Roboter exakt die mit dem Stift vorgemachte Bahn ab. Wandelbots Teaching kann für UR Cobots und für Yaskawa Schweißroboter genutzt werden.

Zeigen: Noch einfacher soll es künftig mit KI-basierten kongitiven Robotern von Neura Robotics werden, die hören, sehen und verstehen können. Neura Robotics verspricht, dass man ihrem kognitiven Roboter nur das Bauteil hinlegen muss. Der Schweißroboter schaut sich das Ganze dann mit seiner Kamera kurz an und weiß dann anschließend, in welchem Winkel und in welcher Geschwindigkeit er schweißen muss.

Scannen: Ein anderer interessanter Ansatz ist der Qirox Roboscan (IRPS) von Cloos. Via 3D-Scaner kann man mit dem Roboscan (IRPS) Programme für das automatisierte Schweißen schnell erstellen. Dazu fährt vorab ein 3D Scanner über das Werkstück und IRPS errechnet daraus anschließend die passende Roboterbahn. So kann man auch Werkstücke in Losgröße 1 mit dem Roboter schweißen.

Simulieren: Mit 3D-Simulations-Tools (etwa von Cenit oder Virtual Components/Delfoi) kann man Schweißroboterzellen vorab virtuell testen und simulieren und durch Eingabe der CAD-Daten auch einfach Schweißroboterprogramme erstellen. Kawasaki nutzt beispielsweise für sein 3D-Simulationstool K-Virtual die Fastsuite-Software von Cenit.

Mehr zum Thema Robotik: https://automationspraxis.industrie.de/robotik/


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