Ein Laserschweiß-Roboter für zwei Zellen

Bei der in Brendola bei Vicenza beheimateten TPA handelt es sich um einen hochqualifizierten und spezialisierten Zulieferbetrieb, wie er für Norditaliens Industrie typisch ist. Der Großteil seiner Kunden produziert Anlagen der Kälte-/ Heizungstechnik. Für sie fertigt TPA unter anderem kundenspezifische Rohrwärmetauscher, auf Wunsch auch einbaufertig mit Anschlüssen, Ventilen oder Gehäusen. Das heißt: Viele unterschiedliche Produkte müssen gefertigt, viele Prozesse beherrscht werden. Flexibilität ist Pflicht und höchste Produktivität unabdingbare Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit in einem qualitäts- und kostenbewussten Marktumfeld.

Geschäftsführer Renato Cervellin: “Wir fertigen zumeist kleine bis mittlere Serien und verarbeiten dabei Metallrohre und -profile. Mit unserem großen Maschinenpark können wir viele Bearbeitungsverfahren abdecken. Unser Kundenversprechen lautet: Wir liefern hochwertige kundenspezifische Bauteile auch jenseits des Standards, die nicht nur höchste Ansprüche an Technik und Qualität erfüllen, sondern auch ästhetisch überzeugen.”

Das Verfahren der Wahl: automatisiertes Laserschweißen

Unter diesen Voraussetzungen wollte das Unternehmen einen Produktivitätssprung machen und das Laserschweißen ins Prozess-Portfolio auf-nehmen. Renato Cervellin: „Wir wünschten ein vielseitiges und effizien-tes System, das sich für das Schweißen von Komponenten sehr unter-schiedlicher Formgebung und Größe eignet – und wir waren sicher, dass nur ein hoch automatisiertes, roboterbasiertes Laserschweißsystem diese Anforderung erfüllen kann.“

Mit diesem Konzept wandte sich TPA an L-Peak – ein Unternehmen, das über umfassende Erfahrung in der Anwendung von Lasertechnologien in verschiedenen Branchen verfügt. Stefano Dalla Veccchia, Mit-Gründer und Geschäftsführer von L-Peak: „Die Vorstellung von TPA war klar umrissen: ein Schweißroboter, der in zwei unabhängigen Zellen arbeiten kann.“ Der Vorteil dieses Konzeptes liegt auf der Hand: Während der Roboter in der einen Zelle schweißt, kann in der anderen Zelle schon das nächste Werkstück vorbereitet werden. Das führt zu einem Maximum an Produktivität mit so gut wie keiner separaten Rüstzeit.

Der Roboter: ein Stäubli TX2-160L mit siebter Achse

Zu dieser Zeit hatte L-Peak bereits eine breite Palette von laserbasierten Automatisierungslösungen entwickelt und produziert, ebenso eine Schweißzelle mit Roboter. Eine Laserschweiß-Roboterzelle war aber ein Novum. Für diese Premiere entschied sich das Unternehmen für die Zusammenarbeit mit Stäubli Italien und für den Einsatz eine sechsachsigen TX2-160L – das L steht für „long reach“ – mit einem leistungsfähigen und hochwertigen Laserschweißkopf.

Warum Stäubli? Stefano Dalla Vecchia: „Stäubli ist eine Premium-Marke in der Welt der Robotik. Weil wir mit den Premium-Anbietern in unserem Markt in Wettbewerb treten, verwenden wir auch Premium-Kernkomponenten.“ Weitere Gründe für die Entscheidung für Stäubli waren die Präzision des Roboters und seine große Reichweite: „Mit seinem langen Arm ist der Roboter in der Lage, den Laserkopf mit hervorragender Präzision und Wiederholgenauigkeit um das Werkstück herum zu bewegen. Das ist ganz entscheidend, wenn man einen wiederholbaren und effizienten Laserschweißprozess mit perfekten Schweißnähten sicherstellen will.“ 

Weil der Roboter über eine zusätzliche Linearachse verfahren kann, die Stäubli gleich mitgeliefert hat, kann er Werkstücke in zwei separaten, nebeneinander liegenden Zellen schweißen. Das bietet einen entscheidenden Vorteil: In die Trennwand ist eine Tür eingebaut, die bei Bedarf geöffnet wird, um sehr lange Bauteile zu schweißen. Renato Cervellin: „Dieses wirklich einzigartige Layout erlaubt eine hohe Flexibilität und kurze Vorlaufzeiten.“

Einfache Programmierung von Roboter und Drehtischen

Diese Flexibilität wird nicht durch aufwändige oder komplizierte Programmierarbeiten erkauft – im Gegenteil. Stefano Dalla Vecchia: „Die Programme werden direkt am Werkstück erstellt. Mit PC und Joystick führt der Bediener die Bewegungen aus. Wenn alles passt, muss er nur noch das Werkstück spannen und den automatischen Arbeitszyklus starten.“  Das vereinfacht die Anpassung des Roboters an die jeweilige Aufgabe ganz erheblich – auch dann, wenn die Anwendung hohe Anforderungen an Präzision, Geschwindigkeit oder Komplexität stellt.

Ein weiteres Merkmal vereinfacht ebenfalls die Bedienung und Programmierung: „Da wir einen Ethercat-Master verwenden, kommen wir ohne SPS für den Drehtisch und andere Funktionen in der Zelle aus. Stattdessen wird die Zelle und auch die siebte Achse vom Robotercontroller gesteuert.“ Der Bediener kann also alle Abläufe in der Zelle über die Robotersteuerung verwalten, und alle Daten befinden sich an einem Ort – mit dem zusätzlichen Vorteil eines OPC UA Data-to-Cloud-Transfers.

Gute Zusammenarbeit bei Engineering und Installation

Während der Installation und Inbetriebnahme der Zelle Anfang 2024 arbeiteten alle drei Parteien eng zusammen. Nicht nur die „Hardware“ entstand komplett bei L-Peak, sondern auch die Programmierung der Software – obwohl diese wirklich anspruchsvolle Schweißstation ja das erste robotergestützte Laserschweißprojekt von L-Peak war.

Renato Cervellin: „Nach der Installation der Schweißstation haben uns L-Peak und Stäubli bei den ersten ´Jobs´ gut unterstützt. Deshalb konnten wir die Zelle von Beginn an voll nutzen. Stäubli bietet zwar einen Online-Service an, den wir aber bisher nicht nutzen mussten.“

Perspektiven für die Zukunft

Bis jetzt und vom Start weg hat sich die Doppelzelle für das automatisierte Laserschweißen als sehr effizient erwiesen. Renato Cervellin: „Das System erfüllt unsere Erwartungen. Wir sind jedoch weiterhin in Kontakt mit L-Peak und besprechen mögliche Ergänzungen oder Verbesserungen, die die Anlage noch effizienter machen könnten.“

Stefano Dalla Vecchia zeigt einige Perspektiven auf: „Wir werden eine neue Funktion einführen, die die Flexibilität noch weiter erhöht. Und wir planen, nicht nur mit Joystick und PC zu programmieren, sondern auch weitere Möglichkeiten zu nutzen, um komplexere Teile und Schweißkonstruktionen mit Kurven und speziellen Oberflächen präzise bearbeiten zu können.“

Aber auch schon jetzt sind Renato Cervellin und sein Team bei TPA vollständig zufrieden mit dem neuen Stäubli Schweißroboter und seiner Doppelzelle: „Im Vergleich zum traditionellen Schweißen sind wir deutlich schneller. Aufgrund der Präzision des Roboters erzeugen wir eine viel sauberere und konstantere Naht und selbst bei langen Schweißnähten gibt es keine Verformung des Werkstücks.“