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Wartungsfrei und korrosionsbeständig gegenüber Schmutz und Reinigung mit Trockeneis

Automotive-Industrie: Flexibles Lineargleitsystem für automatischen Schweißkappenwechsler

Die Investition in diesen Kappenwechsler für Roboterschweißzangen lohnt sich. Das durch rein mechanischen Aufbau extrem zuverlässige System ist ausschließlich in der Automobilindustrie im Einsatz. Es hilft, Produktionskosten nachhaltig zu senken. Robuste Linearführungen mit polymeren Gleitelementen trotzen dabei den rauen Einsatzbzw. Umgebungsbedingungen.

„Insgesamt haben wir bereits um die 1.800 Schweißkappenwechsler weltweit im Einsatz“, berichtet der technische Leiter der REU Schweißtechnik GmbH aus dem hessischen Baunatal, Michael Geisler. Schnell und einfach programmiert können sie auch unterschiedliche Kappendurchmesser, schaftschonend für die Schweißzange, handhaben. Aufgrund einer Kodierung am Magazinträger ist eine Verwechslung, beim Einsatz unterschiedlicher Kappengeometrieen unmöglich. Die Schweißkappenwechsler eignen sich sowohl für den horizontalen und vertikalen Einsatz als auch für stationäre Schweißzangen.

Wartungsfreie Lineartechnik für Schweißroboter: Der Produktionsprozess wird beim Wechseln der Schweißkappen nicht unterbrochen.

 
1.400 „DryLin®“-Lineargleitführungen verbaut

In dem mechanischen Kappenwechsler kommen seit mehreren Jahren „drylin® W“-Lineargleitlager vom Lagerspezialisten igus® GmbH, Köln, zum Einsatz. Das Design des Führungssystems erlaubt höchste Flexibilität bei der Konstruktion und eine einfache Montage durch den Einsatz von Einzel- oder Doppelschienen. Hartanodisiertes Aluminium wird als Schienenmaterial verwendet und sorgt für sehr gute Reib- und Verschleißergebnisse. Da keine Schmiermittel erforderlich sind, ist das Komplettystem unempfindlich gegen Schmutz. In der Anwendung kommen Doppelschienen in der Baugröße 16 mm zum Einsatz. „Mittlerweile haben wir bereits 1.400 dieser Linearführungen verbaut. Sie sind robust und funktionieren so gut, dass wir bis jetzt noch kein einziges Ersatzteil bestellen mussten“, so Michael Geisler.

Bei „drylin®“ handelt es sich um ein umfangreiches Programm wartungs- und schmiermittelfreier Lineargleitlager in vier unterschiedlichen Hauptgruppen. Im Vordergrund stehen neben dem Verzicht auf Öl und Fett immer auch die Robustheit und Unempfindlichkeit gegen Einflüsse wie Dreck, Wasser, Chemikalien, Hitze oder Stöße. Diese Vorteile kommen u.a. in der Automobilindustrie zur Geltung. Dabei wächst der modulare „drylin®“-Baukasten ständig weiter, so dass immer neue Anwendungsfelder erschlossen werden können.

Punktschweißen von Karosserieteilen

In der EURO-C Schweißzange bewähren sich beispielsweise „drylin® T“-Profilschienenführungen. Die Schweißzange wird zum Punktschweißen von Karosserieteilen eingesetzt. Aufgrund von Schweißspritzern und Schweißstaub schafft der Einsatz der extrem schmutzunempfindlichen igus®-Linearführung den Spagat zwischen hoher Lebensdauer und geringen Kosten. Das System nutzen heute fast alle Hersteller. Und im Bereich Automotive-Betriebsmittel finden auch „drylin® R“-Lineargleitlager vielfältigen Einsatz. Ihre Abmessungen sind kompatibel zu Standard- Kugelbuchsen. Die spezielle Geometrie garantiert Robustheit, auch in extremen Umgebungen.

Flexibles, schmierfreies „drylin® W“-Linearführungssystem von igus® im automatischen Schweißkappenwechsler

 

Gegründet wurde die REU-Schweißtechnik GmbH im Jahr 1985 mit einem patentierten Verfahren zum Elektrodenkappenrecycling. Seit 1995 bietet das Unternehmen Schulungen auf dem Gebiet des Widerstandschweißens an und seit 2002 auch zusätzlich für MSG-Schweißen. Das dritte Standbein ist die Inbetriebnahme von Schweißzangen bzw. deren Parameteroptimierung. „Und seit einigen Jahren haben wir den mechanischen Elektrodenkappenwechsler im Programm. Diese Eigenentwicklung ist für alle Roboterschweißzangen geeignet“, erläutert der technische Leiter. „Die Investition hält sich im Gegensatz zu motorisierten Varianten in Grenzen“, so Geisler. „Unser System funktioniert ohne eigenen Antrieb, wir nutzen den vorhandenen Roboter. Mit dieser Lösung erzielen wir den größtmöglichen Erfolg.“

Standzeit von Elektrodenkappen ausreizen

Und so funktioniert es: Der Roboter bekommt über die Schweißsteuerung die Meldung, dass die Elektrodenstandzeit erreicht ist. Die Schweißsteuerung sendet über die SPS ein Signal, dass ein Kappenwechsel erforderlich ist. Der Roboter fährt zum Kappenwechsler, löst die Kappen, holt in einem Magazin die neuen Kappen ab, setzt sie auf und kann seinen Produktionsprozess nach 25 bis 40 Sekunden fortsetzen. „Unser Ziel ist es, die volle Standzeit der Elektrodenkappen auszunutzen. Die Produktion steht daher kaum still“, verdeutlicht Michael Geisler.

Elektrodenschweißkappen sind reine Verschleißteile. Sie werden je nach Anwendungsfall alle 2.000 bis 10.000 Punkte gewechselt. In jeder Schweißzange sind zwei Kappen im Einsatz. Es finden am Tag in der Regel sechs Wechsel statt, so dass pro Tag und Zange zwölf Elektroden anfallen. Viele Automobilhersteller wechseln die Kappen heute noch per Hand während der Pausen- oder Stillstandzeiten der Transferstraßen, wobei beim manuellen Wechsel oft Beschädigungen und damit ein erhöhter Verschleiß der Elektrodenschäfte hervorgerufen wird. Zudem kostet dieser Arbeitsgang wertvolle Zeit. Die eingesparte Zeit kann somit für hochwertigere Tätigkeiten wie Wartungs- und Überwachungsaufgaben genutzt werden. „Der Wechsel dauert zwar nur wenige Minuten, aber bei Taktzeiten von um die 30 Sekunden im Karosseriebau und sechsmaligem Wechsel am Tag, kann man sich schnell ausrechnen, in welch kurzem Zeitraum sich unser Gerät amortisiert“, rechnet Michael Geisler vor. Der Kostenfaktor bewegt sich im niedrigen vierstelligen Bereich und beträgt ca. ein Drittel im Vergleich zu angetriebenen Systemen.

Magnetfelder, Dreck und Staub, Wasser und Trockeneis

Um Toleranzen bei der Zangenbewegung zu kompensieren, hat das Unternehmen zunächst elastische Gummipuffer eingesetzt, die relativ starr gelagert waren. „Nach einer Weiterentwicklung des Systems benutzen wir heute Lineartechnik, die nicht nur definiert geführt, sonder auch Kräfte aushalten kann und immer wieder in die Ausgangslage zurückgeht“, so der technische Leiter. „Außerdem muss sie resistent gegen äußere Einflüsse, wie Schmutz und Staub sein.“ Die Lineargleitlager müssen sowohl mit Magnetfeldern klar kommen, die beim Schweißen entstehen, als auch mit diversen Reinigungsmitten wie z.B. Trockeneis.

Neben dem „drylin® W“-Führungssystem kommen in den Greifern auch tribo-optimierte Polymergleitlager zum Einsatz. Sie ersetzen Aluminium-Gleitlager, die in der Beschaffung äußerst kostenintensiv waren und zudem nachträglich immer bearbeitet werden mussten, da sie nicht in den benötigten Abmessungen zur Verfügung standen. „Die Polymergleitlager sind von den Kosten her unschlagbar und können sofort eingesetzt werden“, bilanziert Michael Geisler. „Tüte auf, eingesetzt und fertig ist das Produkt!“

"drylin® W“ bewährt sich seit vielen Jahren im Kappenwechsler und hilft die Standzeiten zu verlängern.

 

Robuste Lineartechnik mit polymeren Gleitelementen Da die Schweißanlagen in der Regel nass oder mit Trockeneis gereinigt werden, kommt es bei den Linearführungen unter anderem auf die Korrosionsbeständigkeit an. Die Schiene, das Gehäuselager und die Gleitelemente müssen diese Anforderungen bewältigen. Hier zahlt sich die inkorporierte Schmierung der „iglidur®“-Gleitelemente aus. Die Festschmierstoffe sind als mikroskopisch kleine Partikel in dem festen, meistens faserverstärktem Material eingebettet, und zwar millionenfach in winzigen Kammern. Aus diesen Kammern geben die Gleitlager winzige Mengen der Festschmierstoffe frei. Das reicht aus, um die unmittelbare Umgebung ausreichend zu schmieren.

„iglidur®“: niedrige Reibwerte, minimaler Verschleiß

Die Festschmierstoffe helfen, den Reibwert der igus®- Lager zu senken. Sie sind nicht unverzichtbar für die Funktion der Lager, haben aber eine unterstützende Wirkung. Da sie in den winzigen Kammern eingebettet sind, können sie sich nicht wegdrücken. Sie sind immer da, sobald sich das Lager oder die Welle in Bewegung setzt. Der Schmierstoff wird so lange wie möglich durch Verschmutzung von außen geschützt und kann damit ständig seine volle Wirkung abrufen. Als Werkstoff kommt in diesem Beispiel „iglidur® J200“ zum Einsatz, ein Spezialist für sehr niedrige Reibwerte und minimalem Verschleiß auf eloxierten Aluminiumwellen. Auch das Einsparen von Rohstoffen – mitunter: das Thema Umwelt – spielt in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle. So wie das Wechseln der Schweißkappen punktgenau erfolgt, so braucht das Führungssystem auch keine zusätzliche Schmierung, was sich letztlich positiv in der Umweltbilanz niederschlägt. „Auf das System kann man sich lange und dauerhaft verlassen. Nach dem Einbau ist keinerlei Arbeitsaufwand notwendig, um die Führung anschließend zu warten“, verdeutlicht Michael Geisler.

Selbst im Millisekundenbereich sind Einsparungen möglich

Der geistige Vater des mechanischen Kappenwechslers bei REU Schweißtechnik, Werner Kaeseler sowie der Werkstatt- und Konstruktionsleiter Heinz-Peter Drießen, haben sich von der Unempfindlichkeit der robusten Polymerlager gegen Staub und Sand vor einigen Jahren auf der Hannover Messe überzeugt. „Ein Jahr später bereits hatten wir die passende Anwendung. So wie wir das Produkt heute einsetzen, gibt es keine Alternative zur Lineartechnik – sowohl aus wirtschaftlichen als auch technischen Gründen. Wir konfektionieren selbst, da wir die Führungsschienen in unserer Werkstatt auf die exakte Länge zuschneiden und anschließend die entsprechenden Bohrungen vornehmen.“ Michael Geisler ergänzt dazu: „Unsere Kunden sind vom Gesamtkonzept begeistert. Es ist einfach und funktioniert problemlos. Die Anforderungen der Automobilindustrie an die zu verschweißenden Materialien werden immer höher. Dabei soll die Schweißzeit so kurz wie möglich sein. Selbst im Millisekundenbereich sind hier Einsparungen möglich. Wir haben eine Datenbank geschaffen, in der sehr viele Bauteilkombinationen hinterlegt sind, so dass wir heute verbindlich sagen können, mit welchen Parametern gearbeitet werden sollte und wann genau eine Elektrode gewechselt werden muss.“ Eine ebensolche Datenbank bietet auch igus®; der Konstrukteur kann die Lebensdauer der „drylin®“-Lineartechnik in seinem jeweiligen Anwendungsfall exakt vorherbestimmen.

Nach 25 bis 40 Sekunden ist der gesamte Elektrodenkappenwechsel abgeschlossen.

 
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