Roboter-Schweißen: Automatisieren Sie Ihre Schweißprojekte für höchste Effizienz & ROI

Roboter-Schweißen ist der Einsatz eines Automatisierungssystems für Schweißaufgaben. Erfahren Sie mehr über Schweißroboter und wie Sie Ihr erstes Schweißprojekt heute automatisieren.

Ein Schweißroboter ist jede automatisierte Maschine, die in einer Schweißanwendung arbeitet. Roboter und Schweißen haben eine lange Geschichte. Kein Wunder also, dass robotergestützte Schweißanwendungen oft einen starken Return on Investment (ROI) aufweisen. Es gibt viele Integratoren und Hersteller, die sich auf Roboter-Schweißen spezialisiert haben.

Ziel dieses Artikels ist es, die Grundlagen des Roboter-Schweißens und seine Vorteile zu erläutern. Dies hilft Ihnen, einen Einstieg in die Automatisierung Ihrer Prozesse zu finden.

In diesem Artikel:

• Branchen für Roboter-Schweißen
• Roboter-Schweißverfahren
• Warum den Schweißprozess automatisieren?
• Roboterarten für das Schweißen
• Zusätzliche Überlegungen

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Branchen für Roboter-Schweißen

Idealerweise können Roboter in jeder Branche schweißen, die Schweißanwendungen hat. Die häufigsten Branchen für Schweißroboter sind:

• Automobilindustrie
• Luft- und Raumfahrt
• Metallverarbeitung
• Bauwesen

Unternehmen in diesen Branchen erzielen oft großen Erfolg mit Roboter-Schweißen. Der Grund: Die von ihnen hergestellten Produkte eignen sich leicht für Automatisierung. In einem früheren Artikel besprachen wir Merkmale von Aufgaben, die ideal für Roboter sind. Mehr dazu hier: Industrieroboter: Der #1 Leitfaden für Robotik in allen Branchen.

Beispiel Automobilindustrie – ein Schwergewicht beim Einsatz von Schweißrobotern. Automobil-Schweißprozesse zeichnen sich aus durch:

• Wiederholung desselben Schweißnahts
• Geringe Teilevarianz
• Inhärente Gefahren im Prozess
• Hohe Anforderungen an Wiederholbarkeit und Genauigkeit
• Hoher Durchsatzbedarf

Kein Wunder, dass der erste Roboter in einer automobilen Schweißanwendung eingesetzt wurde!

Roboter-Schweißverfahren

Es gibt verschiedene Schweißverfahren. Natürlich fragt man sich, welche ein Roboter beherrschen kann. Roboter können typischerweise jedes Schweißverfahren ausführen. Dazu gehören:

• Punktschweißen
• Lichtbogenschweißen
• Widerstandsschweißen
• MIG-Schweißen
• TIG-Schweißen
• Laserschweißen
• Plasmaschweißen

Punktschweißen ist ein Widerstandsschweißverfahren, das zwei Metallstücke an einer einzelnen Stelle verbindet. Daher der Name. Das Verfahren nutzt große elektrische Ströme durch das Metall, um immense Hitze zu erzeugen. Diese schmilzt das Metall und lässt zwei Bleche verschmelzen.

Lichtbogenschweißen ist ein altes, aber sehr gängiges Verfahren. Wie der Name sagt, nutzt es einen elektrischen Lichtbogen zum Verbinden von Metall. Wie beim Punktschweißen ist Strom der Katalysator. Ein Strom fließt durch einen Metallelektrodenstab zum Werkstoff. Der Stab heißt Elektrode. Der Strom erscheint als heller Lichtbogen. Dieser liefert die Hitze, um zwei Metallstücke zu verschmelzen.

Widerstandsschweißen ist ein Oberbegriff für mehrere Schweißarten. Darunter fällt jedes Schweißen, bei dem elektrischer Strom durch direkten Kontakt durch zwei Metallstücke fließt, um sie zu verbinden. Punktschweißen ist eine Art des Widerstandsschweißens. Weitere Arten: Buckelschweißen und Nahtschweißen.

MIG-Schweißen ist eine Art des Lichtbogenschweißens. MIG steht für Metall-Inertgas. Es wird oft wegen seiner Geschwindigkeit und Vielseitigkeit bei verschiedenen Metallen bevorzugt. MIG-Schweißen ist auch im Roboter-Schweißen weit verbreitet. Ein zusätzliches Element ist das Schutzgas, das den Schweißprozess vor Verunreinigungen in der Umgebungsatmosphäre schützt.

TIG-Schweißen ist eine weitere Lichtbogenschweißart. TIG steht für Wolfram-Inertgas. Dieses Verfahren nutzt eine Wolframelektrode für den Lichtbogen. Wie beim MIG-Schweißen schützt Gas vor Verunreinigungen. TIG-Schweißen gilt als notorisch schwierig für Bediener. Es ist auch nicht so schnell wie vergleichbare Verfahren. Was es an Geschwindigkeit verliert, gewinnt es an fokussierter, oft stärkerer Naht.

Laserschweißen nutzt einen hochleistungsfähigen Laserstrahl für kleine, fokussierte Nähte. Dies ermöglicht beispiellose Kontrolle – nützlich für Metall- und Kunststoffschweißen. Laserschweißsysteme umfassen Faser-, Gas- und Festkörpertypen. Sie bieten einige der höchsten Geschwindigkeits- und Genauigkeitsraten in der Schweißbranche. Erwarten Sie jedoch, dass Laserschweißsysteme zu den teuersten Optionen am Markt gehören.

Plasmaschweißen ähnelt TIG-Schweißen und nutzt manchmal ebenfalls eine Wolframelektrode. Der Unterschied liegt mostly im Brenneraufbau. Der Brenner hat eine kleine Kupferdüse, die den Lichtbogen mit hoher Geschwindigkeit und Temperatur ausstößt. Hier liegt der Vorteil: Standard-Lichtbogentemperaturen beim Plasmaschweißen liegen bei 25.000 °C bis 30.000 °C. Zum Vergleich: Andere Lichtbogenschweißarten erreichen 5.000 °C bis 6.000 °C.

Warum den Schweißprozess automatisieren?

Es gibt viele Faktoren, die Unternehmen zur Automatisierung des Schweißens treiben. Der Übergang von manuell zu automatisiert bringt enorme Renditen. Häufige Gründe:

• Zykluszeit-Verbesserungen
• Arbeitskosten und -verfügbarkeit
• Konsistenz
• Präzision
• Materialeffizienz
• Sicherheit

Zykluszeit

Zykluszeit ist oft ein unmittelbares Anliegen bei Hochvolumen-Schweißprozessen. Anwendungen mit hohem Durchsatz finden oft die Bedienergeschwindigkeit als limitierenden Faktor. Manuelle Schweißer haben Geschwindigkeitsgrenzen, die die Fertigung negativ beeinflussen. Roboter schweißen schneller als selbst erfahrene menschliche Schweißer – nicht nur beim Schweißen selbst, sondern auch bei Positionswechseln. Zudem benötigen Roboter keine Pausen oder Schichtwechsel-Ausfallzeiten. Ein Schweißroboter kann so lange schweißen, wie Material verfügbar ist. Diese Faktoren führen oft zum auffälligsten ROI für Hersteller.

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Arbeitskosten und Genauigkeit

Qualifizierte Schweißer sind teuer und knapp am heutigen Arbeitsmarkt. Dies bringt Hersteller in Schwierigkeiten, den Betrieb aufrechtzuerhalten. Qualifikationsunterschiede führen zu merklichen Qualitätsunterschieden beim Schweißen – negativ für den Umsatz. Zudem belasten Arbeitskosten die Bilanz erheblich. Daher sehen viele Unternehmen die Automatisierung als notwendige Entscheidung, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Konsistenz

Qualitätssicherung ist bei Schweißanwendungen essenziell. Kleine Unvollkommenheiten und Inkonsistenzen verursachen Lunker, Verzug und Schwachstellen in Nähten. Solche Probleme können das Produkt unbrauchbar machen. Dies führt zu mehr Ausschuss und Materialverschwendung. Die meisten Hersteller erfassen jährlichen Materialverschwendung. Diese Kosten lassen sich durch Integration eines Schweißroboters zurückgewinnen. Die Konsistenz der Robotik bedeutet gleiche Nahtqualität jedes Mal und weniger Ausschuss im Vergleich zum manuellen Schweißen.

Präzision

Bei bestimmten Anwendungen ist extreme Präzision erforderlich. Dieses Leistungsniveau ist nur durch Automatisierung erreichbar. Das hochauflösende Feedback der Servomotoren am Roboter ermöglicht Präzision, die menschliche Schweißer nicht erreichen können. Diese Präzision ist immer wieder reproduzierbar, da der Roboter nicht ermüdet wie manuelle Schweißer.

Materialeffizienz

Roboter-Schweißer nutzen Material effizienter. Da sie programmierten Anweisungen folgen, verwenden sie jedes Mal dieselbe Materialmenge beim Schweißen eines Teils. Selbst erfahrene Schweißer machen Fehler und haben Inkonsistenzen. Beim manuellen Prozess variiert der Verbrauch von Schweißmaterial (Elektroden, Plasma, Gase etc.) von Teil zu Teil.

Sicherheit

Der Schweißprozess ist inhärent gefährlich. Gefahren umfassen:

• Elektrischer Schlag
• Lärm
• Lichtbogenexposition
• Explosionsgefahren

Jeder Prozess mit Hochspannung und hohen Temperaturen ist für Menschen gefährlich. Manuelle Schweißer sind diesen Gefahren während des Prozesses direkt ausgesetzt. Mögliche Verletzungen:

• Verbrennungen
• Elektroschock
• Hörverlust
• Erblindung

Arbeitsunfälle sind teuer. Dieser Aufwand wird durch Roboter-Schweißer gemindert. Wichtig: Roboter entfernen die Gefahr nicht aus dem Prozess. Sie entfernen nur den menschlichen Bediener aus der direkten Exposition. Bei Integration eines Schweißroboters müssen proper Sicherheitsprotokolle und Risikominderungsstrategien eingehalten werden.

Roboterarten für das Schweißen

Technisch kann jeder stationäre Roboterart für Schweißanwendungen genutzt werden. Dazu gehören:

• Gelenkarme (Articulated arms)
• Sechs-Achsen-Roboter
• SCARA-Roboter
• Zylindrische Roboter
• Kartesische oder Portalroboter

Jeder dieser Roboter kann ein Schweißer sein, wenn ein Schweißwerkzeug am Armende montiert werden kann. Sechs-Achsen-Typen sind jedoch bei weitem die häufigsten Schweißroboter. Grund: Sie sind der flexibelste Roboter-Typ. Der Sechs-Achsen-Roboter kann sich verformen, um Winkel zu schweißen, die andere Typen nicht erreichen. Er kann auch für große Bewegungsbereiche skaliert werden, die viele Schweißanwendungen erfordern.

Eine jüngste Innovation ist der Einsatz kollaborativer Sechs-Achsen-Roboter für das Schweißen. Cobots sind einfacher auf neue Prozesse anzulernen als Standard-Industrieroboter. Das Anlernen erfolgt oft per Handführung: Ein Bediener führt den Roboter manuell durch den Prozess, um ihm ein neues Teil beizubringen. Dies eröffnet Robotik einen Platz für mittlere Losgrößen. Standard-Industrieroboter erfordern neuen Code für neue Teile – ein Spezialist braucht Stunden bis Tage für Entwicklung und Test. Ein Bediener kann einem Cobot ein neues Teil in Minuten beibringen.

Wichtig: Kollaborative Schweißroboter haben Limits. Faktoren wie Größe, Geschwindigkeit und Traglast bedeuten, dass Cobots nicht für alle Schweißanwendungen passen. Prüfen Sie die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung, um zu entscheiden, ob ein Cobot die richtige Lösung ist. Ein Experte kann helfen. HowToRobots Netzwerk unabhängiger Berater unterstützt Sie bei der Entscheidung, wo und wie Sie automatisieren.

Zusätzliche Überlegungen

Bei Roboter-Schweißern gibt es weitere Aspekte. Selten kann ein Roboter ohne Zusatzausrüstung in einen Prozess integriert werden. Roboter funktionieren auch nicht in jeder Schweißanwendung. Daher ist es wichtig, erfahrene Lieferanten zu identifizieren.

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Zusatzausrüstung kann Spannvorrichtungen und Sicherheitssysteme umfassen. Eine Spannvorrichtung (Jig) ist ein mechanisches System, das die zu schweißenden Teile dem Roboter vorhersagbar präsentiert. Jigs können Drehplatten oder Spannsysteme sein, je nach Anwendung. Sie können auch erheblich kosten. Daher ist es wichtig, zu überlegen, wie das Teil dem Roboter für Ihren Schweißprozess präsentiert wird.

Wie bei jedem Roboter muss Sicherheitsausrüstung in die Gesamtkosten einbezogen werden. Sicherheitsausrüstung kann umfassen:

• Schutzzäune
• Sensoren
• Lichtvorhänge
• Sicherheitsscanner
• Sicherheitsrelais

Der Schweißprozess birgt zusätzliche Gefahren, die Sicherheit noch wichtiger machen. Roboter sind darauf ausgelegt, ihre Aufgabe wiederholt automatisch auszuführen. Sicherheitssysteme stellen sicher, dass der Roboter bei Anwesenheit von Menschen oder Hindernissen sicher und vorhersehbar reagiert.

Wann sind Schweißroboter eine schlechte Idee?

Es gibt Szenarien, in denen Roboter für Ihre Anwendung nicht vorteilhaft sind. Bestimmte Prozesse variieren zu stark im Produkttyp. Beispiel: Ein Unternehmen fertigt viele kundenspezifische Teile in kleinen Losgrößen. Es müsste den Roboter mehrmals pro Jahr neu programmieren. Dieser Zusatzaufwand und die Ausfallzeiten können den Roboter für diesen Prozess ineffizient machen.

Weitere Risiken: Abhängigkeiten von Robotern in bestimmten Anwendungen. Wenn ein einzelner Roboterausfall den gesamten Prozess stoppt, setzen Sie sich Risiken aus. Daher sind vorbeugende Wartungsmaßnahmen und Ersatzteile wichtig.

Was kommt als Nächstes?

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Wichtig: Roboter-Schweißsysteme erfordern eine erhebliche Vorabinvestition. Dies schafft für manche Hersteller eine hohe Eintrittsbarriere. Nutzen Sie HowToRobots RFQ-Tool, um Angebote und Offerten von Roboterlieferanten basierend auf Ihren Bedürfnissen zu erhalten – so sehen Sie, wie hoch Ihre Kosten sein könnten.