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Rechnergesteuerte Roboter automatisieren Schweißzellen bei BMW:


18.04.1986 - 

Pkw-Leichtbau bedient sich modernster Fertigungstechniken

LANDSHUT - Die Genauigkeitsforderungen beim Schweißen steigen in dem Maße, wie die Bauteile leichter und die Bleche dünner werden. Das gilt jedoch nicht nur für den Automobilbau. Doch speziell dort hat nur noch ein beweglicher Automat eine Chance: Der rechnergesteuerte Roboter. Der folgende Beitrag von Wolfgang G. Trapp beschäftigt sich eingehend mit rechnergestützten Robotern, die im Landshuter BMW-Automobilwerk Schweißzellen automatisieren.

So gleichmäßig und absolut wiederholgenau wie ein Roboter kann kein Mensch arbeiten. Dabei steht er dem Menschen an Beweglichkeit nicht viel nach, wenn die Peripherie stimmt - wie im Werk 4 der BMW AG in Landshut. "Seit wir unsere Baugruppen mit dem Roboter schweißen", berichtet Dipl.-Ing. (FH) Hans Kamseder, Leiter Fertigungs- und ,Werktechnik, Werkzeugbau der BMW AG im Werk Landshut, "beschränken wir unsere Qualitätskontrolle auf Stichproben". Die 100-Prozent-Prüfung - beim manuellen Schweißen unerläßlich - gehört der Vergangenheit an. Besser läßt sich die Zufriedenheit mit der rechnergesteuerten Maschine Roboter nicht ausdrücken. "Der Schweißnahtqualität", ergänzt Josef Haberl, Gruppenleiter Mechanische Fertigung und Schweißtechnik, die Aussage seines Chefs, "kommt durch die Leichtbauweise besondere Bedeutung zu".

Dünnere Bleche und kompliziertere Konstruktionen verlangen dem Facharbeiter Leistungen ab, die er beim besten Willen nicht erbringen kann - Leistungen, die fast schon als unmenschlich bezeichnet werden können: "Wenn der Mitarbeiter durch zu langsames Schweißen das Bauteil mit großer Wärme beaufschlagt, ist ein Verzug die natürliche Folge", erklärte Kamseder die Problematik. Es muß also gleichmäßig und mit konstantem Vorschub geschweißt werden. Wer kann diese Aufgabe über eine ganze Schicht zur vollen Zufriedenheit erfüllen? "Nur eine Maschine - nur ein Roboter", lautet die Antwort von Hans Kamseder, und er begründet: "Er übertrifft die Spezialmaschinen um Längen bei der Beweglichkeit.

Geforderte Flexibilität läßt wenig Spielraum

Die geforderte Flexibilität ließ Klaus Winkler von der Technischen Zentralplanung bei BMW denn auch wenig Spielraum. Winkler, dessen Abteilung für die Planung aller Investitionsvorhaben verantwortlich zeichnet, mußte einen Roboter plus der geeigneten Peripherie suchen. "Wir haben uns für die Firma Cloos entschieden", begründete er sein Entscheidung, "weil dieses Unternehmen als Systemanbieter auftritt und die Peripherie mitliefert." Die Verantwortlichen bei BMW haben dadurch nur einen Ansprechpartner, wenn etwas nicht klappt. Natürlich ließen sie ihren Lieferanten mit der gestellten Problematik nicht allein im Regen stehen, sondern arbeiteten kooperativ an der Entwicklung mit.

Manipulator geht Roboter zur Hand

Eine Schweißzelle besteht aus einem Cloos-Roboter Romnat-76 und einem Manipulator, wie man bei BMW das periphere Gerät nennt. Die Bezeichnung Manipulator ist erklärungsbedürftig, weil hier kein Handlinggerät gemeint ist, sondern eine Vorrichtung, die dem Roboter entgegenkommt - gewissermaßen "zur Hand" geht. Sie verfügt über zwei Werkstückaufnahmen, die, gegenüberliegend angeordnet, in zwei Achsen beweglich sind: rotatorisch und 30/VGrad schwenkbar. Zusätzlich besteht noch eine fünfte Achse,

die für die 180-Grad-Drehung der gesamten Vorrichtung sorgt. Mit diesem Manipulator erreicht der Roboter erst seine Beweglichkeit, die der des Menschen nicht mehr nachsteht. Die Robotersteuerung bedient neben den sechs "eigenen" auch die beiden Achsen jeder Werkstückaufnahme, lediglich das Schwenken wird durch eine SPS nach Betätigen eines Startsignals durch den Bedienungsmann ausgelöst.

Änderungen betreffen nur die Programmierung

"Die Beweglichkeit ist das wichtigste Kriterium für eine Investitionsentscheidung, denn wir wissen nicht, wann uns die nächste Modifizierung trifft", formuliert Hans Kamseder griffig. Eine Kleinigkeit kann schon große Wirkung zeigen: Da gibt es eine neue Diebstahlsicherung oder eine Detailänderung an der Lenkung, die sich auf ein Blechteil auswirken. Eine Spezialmaschine würde neue Vorrichtungen brauchen und bei größeren Änderungen könnte man sie gar verschrotten. Anders ist die Arbeitssituation beim Roboter: Kleine Änderungen spielen sich nur in der Programmierung ab und bei größeren Änderungen gibt es eine neue oder modifizierte Werkstückaufnahme. Der Kostenvorteil daher ist enorm. Zusätzlich wirkt der Trend zu kleineren Stückzahlen bei größerer Typenvielfalt.

Manuelle Arbeit um 60 Prozent gesenkt

Dieser Situation wird der Roboter in hervorragender Weise gerecht: Er ist schnell durch Kassettenwechsel mit einem anderen Programm versorgt und produziert vollkommen andere Teile mit ganz anderen Schweißparametern in optimaler Qualität. Deshalb arbeiten im Werk 4 von BMW in Landshut auch schon drei Roboter-Schweißzellen. "Bis Ende 1986 werden wir gar keinen Handschweiß-Arbeitsplatz mehr haben", lautet die Prognose von Hans Kamseder. Zu den Hardwarekosten- und Qualitätsvorteilen gesellt sich ein weiterer Faktor, der die Wirtschaftlichkeitsrechnung nachhaltig beeinflußt, die Zeit. Die Roboter-Schweißzellen sparen 60 Prozent des manuellen Zeitbedarfs ein.

Dabei bringen sie keine organisatorischen Veränderungen in die Produktion. Der Teiletransport erfolgt genau wie bei der manuellen Variante mit Gitterboxen und sogenannten Schäfer-Kästen. Die fertig geschweißten Baugruppen werden mit Gestellwagen oder Gitterboxen bewegt. Als Transportgeräte kommen Hubwagen und Gabelstapler zum Einsatz, die sich jederzeit problemlos durch fahrerlose Transportsysteme (FTS) ersetzen lassen.

Mitarbeiterbeförderung durch Robotereinsatz

Die Programmierung, die im Teach-in-Verfahren von der Fertigungsplanung durchgeführt wird, ist zwar neu, hat aber keine Auswirkungen auf den Bauteilefluß. Lediglich der Mitarbeiter erlebt eine Veränderung: Er wird befördert. Vorher war er ein Schweißer - jetzt arbeitet er als Maschinenführer, der für eine wichtige Anlage verantwortlich ist. Seine Arbeit, das Beschicken und Entsorgen der Vorrichtung, ist nur Beiwerk, da er für den reibungslosen Ablauf an seiner Anlage verantwortlich ist.

Die Schweißzellen sind nicht in eine Fließfertigung eingebunden, um - bedingt durch unterschiedliche Taktzeiten - Materialpuffer zu vermeiden. Das schnellste Teil, ein Mantelrohr für die Lenkspindel, beansprucht eine Taktzeit von 1,2 Minuten und das langsamste Teil, der Lagerbock für das Mantelrohr, ist nach 1,77 Minuten fertig. Da für jedes Teil zwei Vorrichtungen existieren, lassen sich in einer Schweißzelle sowohl die gleichen als auch zwei verschiedene Teile herstellen, ",je nach Bedarf", wie Josef Haberl erklärt.

Der Maschinenbediener hat während der Schweißung des Roboters Zeit, der zweiten Vorrichtung das fertige Teil zu entnehmen und die zu schweißenden Einzelteile einzulegen. Gespannt wird hydraulisch, nachdem der Mitarbeiter die Beendigung seiner Einlegearbeit mit einem Zwei-Hand-Tastendruck quittiert hat. Wenn das Schweißen beendet ist, gibt der Roboter ein Signal, das die Drehbewegung des Manipulators auslöst. Vor jedem Schweißbeginn fährt der Roboter programmgemäß eine Reinigungsstation an, um durch absolute Spritzerfreiheit seiner Schweißpistole die bestmögliche Qualität zu erreichen.

Insgesamt werden sieben verschiedene Baugruppen in den Schweißzellen hergestellt: zwei Lagerböcke für die Lenkradverstellung, zwei Mantelrohre für die Lenkung, zwei Lagerböcke für das Fußhebelwerk und ein Fußhebel als Brems- und Kupplungspedal. Diese Baugruppen werden in Landshut bis zum einbaufertigen Stand vormontiert und dann an die Pkw-Montagewerke München oder Dingolfing ausgeliefert und zwar 1800 Einheiten pro Tag. Neben den geschweißten Teilen produzieren die 1200 Mitarbeiter des Werkes 4 in Landshut Gelenkwellen und eine Palette von Kunststoffteilen, vom Armaturenbrett bis hin zum geschäumten Sitz.

Das Landshuter Werk ist ein reines Zulieferwerk und befindet sich in Konkurrenz zu allen anderen Fremdfirmen. "Wir haben keinen Vorteil, weil wir ein BMW-Werk sind", räumt Hans Kamseder mit der weit verbreiteten Ansicht auf. "Wir müssen einfach kostengünstiger sein als der Wettbewerb." Die Einrichtung von Roboter-Schweißzellen hat - und das ist Hans Kamseder sehr wichtig - nichts mit Prestige zu tun, sondern ausschließlich mit Kostenüberlegungen.