Fertigung von Energiespeichern mit Robotern (Fero)

Problemstellung
Stahlzylindertanks bis 100.000 l bestehen aus zwei Böden, einer oder mehreren zylindrischen Zarge(n) sowie diversen Ein- und Aufbauten (Stutzen, Flansche, Rohre, Fußkonstruktionen, Halterungen). Auf Grund der stark variierenden Kundenanforderungen werden die Ein- und Aufbauten für jeden Tank individuell konzipiert, gefertigt und montiert.Neben einigen großen Herstellern von Heizungsanlagen wie Vaillant, Viessman oder Bosch Buderus werden die Pufferspeicher insbesondere von einer Vielzahl Klein- und mittelständischer Unternehmen (KMU) hergestellt. Der Status Quo in der Fertigung der Stahlzylinder weist einen bislang geringen Automatisierungsgrad auf. Lediglich das Schweißen der Längsnaht und das Zusammenschweißen der Zargen erfolgt heute an automatisierten Stationen, jedoch ohne Robotereinsatz. Demgegenüber steht eine Vielzahl manueller Tätigkeiten, die hohe Kosten und Qualitätsprobleme verursachen. So werden die Zylinder und Böden z.B. aufwendig manuell vermessen und die Schnittlinien angerissen. Anschließend werden die Aussparungen für die vielfältigen Ein- und Aufbauten mit einem Schneidbrenner ebenfalls manuell ausgeschnitten und manuell entgratet. Die Schnittkante wird nur visuell kontrolliert, eine Kontrolle der Position und Genauigkeit des Ausschnittes erfolgt derzeit nicht. Werden später Qualitätsdefizite festgestellt, so muss sehr aufwendig nachgearbeitet werden. Insbesondere da die Entwicklung eindeutig von den einfachen drucklosen Öltanks hin zu komplexen druckbeaufschlagten Warmwasserspeichern geht explodieren die Fertigungs-kosten in den weitgehend manuell fertigenden KMU.

Projektziel
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und Implementierung einer prototypischen Roboterzelle. In dieser Roboterzelle sind die genannten Werkzeuge für eine effiziente Fertigung der Tanks enthalten.Die Roboterzelle wurde im Anschluss an das Vorhaben in eine Pilotanlage bei einem produzierenden Unternehmen der Branche überführt.

Vorgehensweise
Kern des Lösungsansatzes ist die Verknüpfung des von AROTEC entwickelten und in anderem Applikationskontext bewährten offline-Bahnplanungssystems mit einer online-Prozessregelung, welche positions- bzw. kraftmessende externe Sensoren während der Bearbeitungsvorgänge auswertet und eine Bahnkorrektur vornimmt.Die zur Prozessdurchführung erforderliche multisensorische Prozessregelung wurde im Rahmen einer Beauftragung der Hochschule Darmstadt integriert.Hierfür hat die Hochschule im Rahmen eines Forschungsprojekts ein System zum Multimodal Servoing entwickelt. Das System ist insbesondere dazu in der Lage, verkoppelte Positions- und Kraftgrößen zu regeln, was für die vorgesehene Bearbeitung mit Industrieroboter wesentlich ist.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
In der Produktivitätssteigerung des Fertigungsprozesses durch robotergestützte Automatisierung sehen die Hersteller von Tanks und Speicherbehältern ein sehr hohes Potenzial zur Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit.Die Analyse des Produktionsprozesses durch einen Hersteller hat ergeben, dass die robotergestützte Herstellung der Ausschnitte an Stahlzylindertanks ab einer Taktzeit von etwa 20 min. wirtschaftlich ist und die Fertigungskosten bereits um bis zu 10% reduziert. Die im Vorhaben entwickelte Automatisierung versetzt die produzierenden Unternehmen in die Lage, ihre Kosten deutlich zu reduzieren.

• AROTEC Automation und Robotik GmbH