Rekord durch neue Technik

Schweißtechnik - Geschwindigkeit ist keine Hexerei, sagt ein Sprichwort. Stimmt, denn häufig führen statt Zauberkraft eher das richtige Material und ein ausgeklügelter Prozess zum Ziel.

11. Dezember 2007

Aluminium macht Autos und Motorräder immer leichter und damit schneller. Das Material ist so verheißungsvoll wie widerspenstig. Es hat sich lange den Versuchen der Autobauer entzogen, daraus Karosserien zusammenzufügen. Audi kann ein Lied davon singen: Erst in der Serienfertigung des A2 hat sich das viele Lehrgeld bezahlt gemacht, das man für die optimale Fügetechnologie beim A8 ausgegeben hatte.

BMW hat nachgezogen und für das Motorrad K 1200 S einen neuartigen, nur zwölf Kilogramm schweren Alu-Rahmen entwickelt. Dieser sollte aber nicht nur das Zweirad schnell machen sondern auch sehr schnell gefertigt sein: Zwölf Minuten lautete die Vorgabe. Eine doppelte Herausforderung für die Schweißtechnik, konkret von Cloos aus Haiger, die von BMW den Auftrag für eine Schweißanlage zur Herstellung der Rahmen erhielt.

Um solche Taktzeiten zu erreichen, muss die Fertigungszelle sehr kompakt sein und sie ist tatsächlich auch nur acht Meter lang und knapp sechs Meter breit. Mit zwei Robotern und Schweißstromquellen sowie der Steuerung befindet sich die gesamte Technik im hinteren Teil. Im vorderen steht dem Bediener genügend Raum zur Verfügung für vorbereitende Arbeiten und das störungsfreie Einlegen der Rahmenteile. Seitlich befinden sich lediglich die Handgeräte für die Programmierung und die Bedienelemente.

Wichtiger noch als die Zelle ist der Fügeprozess, hier liegt das eigentliche Potenzial. Der neue Ansatz von Cloos ist, den Prozess zweistufig zu gestalten: Zuerst legt der Bediener die Komponenten für Vorder- und Hinterteil des Rahmens in den frei programmierbaren Zwei-Stationen-Positionierer ein, die Schweißroboter schaff en daraus zwei Baugruppen und vereinigen sie zum Gesamtrahmen. Dank spezieller Vorrichtungen und Werkzeuge können die Alubauteile ungeheftet eingelegt und positioniert werden. Spannvorrichtungen mit Feinjustierungen fixieren die Bauteile passend zueinander, der Schweißverzug lässt sich so in jeder Richtung beeinflussen. Messpunkte an markanten Stellen unterstützen den Bediener beim maßgenauen Einlegen. Sie sind die Voraussetzung für optimale Nahtgeometrien und Schweißergebnisse ? und dafür, dass Cloos die hohen Anforderungen von BMW erfüllen kann, denn der Auftraggeber legt besonders bei den sichtbaren Schweißnähten unterhalb des Tanks und im Bereich der Sitzbank viel Wert auf optisch erstklassige Nähte.

Der Zwei-Stationen-Positionierer besteht aus einem Takttisch und zwei dreh- und kippbaren Werkstückaufnahmen. Er ist um 10 Grad nach vorne geneigt, um sowohl dem Bediener das Ein legen der Rahmenteile zu erleichtern als auch um sie im Schweißbereich optimal zu positionieren. Die meisten Schweißnähte lassen sich auf diese Weise in der bei Aluminium bevorzugten Wannenlage schweißen. Jeder der beiden Positionierer nimmt Werkstücke auf, die maximal 1.500 Millimeter lang und 1.400 Millimeter breit sein können. »Da sich Alubauteile beim Schweißen durch die Wärmeeinbringung und spätere Abkühlung sehr stark verziehen, war eine Reihe von Versuchen notwendig, um die Werkzeuge und die Schweißfolge so anzupassen, dass der fertige Rahmen passgenau den Fertigungsprozess verlässt«, erklärt Stephan Pittner, Projektleiter bei Cloos. Die Zelle muss unbedingt absolut maßhaltig arbeiten, damit der Motor der K 1200 S als tragendes Teil bei der späteren Montage sauber in den off enen Rahmen passt.

Einheitlicher Prozess

Zuerst plante Cloos einen kombinierten Schweißprozess aus dem schnellen MIG-Verfahren für die unsichtbaren Nähte mit dem WIG-Schweißen für die sichtbaren Nähte mit exzellenter Optik. Letztendlich hat es das Unternehmen aber geschafft, alle Nähte in MIG zu schweißen und trotzdem eine WIG-Optik zu erzeugen. So konnte man die Fertigungszeiten und den Fertigungsaufwand reduzieren, der mit dem WIG-Schweißen verbunden ist. So zum Beispiel entfällt der komplette Werkzeugwechsel.

Aluminium mag Wannenlage. Deshalb dreht Cloos die Rahmenteile jeweils in diese bevorzugte Position. Begleitend wird der Lichtbogen durch die Steuerung der Impulsschweißgeräte optimal in Breite und Tiefe geführt. So ergibt sich selbst bei I-Nähten eine gute Wurzelausbildung. Damit sich das Material durch Feuchtigkeit nicht verändert, wird der Aluminium-Schweißdraht in einer abgeschlossenen Kammer auf einer konstanten Temperatur gehalten. Zum Schweißen dient ein Argon-Helium-Gemisch.

Für die richtigen Schweißströme und Parameter sorgen zwei Multifunktions-Schweißstromquellen vom Typ Quinto II. Über eine Schnittstelle ist die mikroprozessorgesteuerte Stromquelle mit dem Roboter verbunden. 20.000 Parametersätze im Speicher der Steuerung beschleunigen den Prozess und sorgen für die exakte Reproduzierbarkeit von Schweißergebnissen.

Der eingesetzte sechsachsige- Knickarmroboter Romat 320 besitzt einen kugelförmigen Arbeitsbereich von 3.200 Millimetern Durchmesser. Seine digital gesteuerte Antriebstechnik, die spielfreie Lagerung der sechs Achsen und sein absolutes Wegmesssystem ermöglichen eine exakte Positionierung. Sehr kurze Verfahrzeiten und eine hohe Bahn- und Wiederholgenauigkeit auch bei großen Geschwindigkeiten prädestinieren ihn für die Verarbeitung von Aluminium.

Walter Lutz/mk Carl Cloos Schweißtechnik

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2008