Roboter-Schweißzelle: Komponenten, Layouts und Budget

Zwei Angebote für eine robotergestützte Schweißzelle mit demselben Roboter können sehr unterschiedliche Leistungsumfänge haben. Der Unterschied liegt selten am Arm. Er liegt am Positionierer, an der Vorrichtung, an der Stromquelle, an den Schutzvorrichtungen und daran, wer für die Inbetriebnahme verantwortlich ist. Wer nur den Roboter vergleicht, vergleicht die Komponente, die das Ergebnis am wenigsten bestimmt.

Dieser Artikel beschreibt jede Komponente, die am häufigsten verwendeten Layouts und die Liste dessen, was vor der Angebotsanfrage geklärt sein muss. Die vorherige Entscheidung, ob der Prozess automatisiert werden soll oder nicht, finden Sie im Leitfaden für robotergestütztes Schweißen.

Schweißroboter und Zelle: Was ist der Unterschied?

Der Schweißroboter ist der 6-Achs-Arm mit seinem Steuergerät. Die robotergestützte Schweißzelle ist das vollständige System, das punktgeschweißte Teile aufnimmt und schweißfertige Teile abgibt, mit bekanntem Zyklus und dokumentierter Sicherheit. Für die ISO 10218 ist es diese Anwendung und nicht der isolierte Roboter, die geplant und validiert werden muss.

Die Komponenten, einzeln betrachtet

Komponente	Funktion in der Zelle	Was im Angebot zu prüfen ist
Schweißroboter	Führt die Brennerdüse entlang der programmierten Bahn	Reichweite über dem bereits im Spannvorrichtung montierten Werkstück, Wiederholgenauigkeit
Steuerung und Bedienpult	Ansteuerung des Roboters und der externen Achsen, mit Not-Halt und Hauptschalter	Wie viele externe Achsen werden koordiniert angesteuert
Stromquelle und Drahtvorschubgerät	Liefert den Lichtbogen mit stabilen Parametern	Integrierte Kommunikation mit der Robotersteuerung, Verfahren und Einschaltdauer
Brenner und Reinigungseinheit	Führt Draht, Gas und Strom; die Einheit reinigt die Düse	Kühlung passend zum Strom und zur Einschaltdauer
Spannvorrichtung	Stellt sicher, dass sich die Naht immer an derselben Stelle befindet	Wer entwirft, wer fertigt und wie das Werkstück zugeführt wird
Positionierer	Dreht und neigt das Werkstück für Zugang und Schweißposition	Anzahl der Achsen, Traglast, Synchronisation mit dem Roboter
Schiene	Bewegt den Roboter entlang langer Werkstücke	Lastklasse und Wiederholgenauigkeit
Schutzumhausungen und Verriegelungen	Verhindern den Zugang zur Gefahrenzone bei bewegtem Roboter	Sicherheitsumfang und Dokumentation auf Portugiesisch
Rauchabsaugung	Erfasst die Schweißrauche am Schweißpunkt	Ob im Lieferumfang enthalten oder beim Kunden verbleibend
Bedienerschnittstelle	Programmwahl, Start, Diagnose	Aufzeichnung von Produktions- und Alarmdaten

In der QJAR-Linie stammen Roboter, Steuerpult, digitale Stromquelle, Positionierer und Schiene vom selben Hersteller, und die Stromquelle verfügt über eine integrierte Kommunikation mit der Robotersteuerung.

Welcher Schweißroboter

Für das Lichtbogenschweißen ist die Werkzeuglast gering. Entscheidend sind Reichweite und Wiederholgenauigkeit.

Modell	Traglast (kg)	Reichweite (mm)	Wiederholgenauigkeit (mm)	Masse (kg)
QJRH4-1A	4	1.410,5	±0,03	150
QJR6-1400H	6	1.456	±0,08	150
QJR6-2000H	6	2.014	±0,08	230

Der Unterschied zwischen etwa 1,4 m und 2 m Reichweite ist kein Detail. Mit größerer Reichweite deckt der Roboter breitere Bauteile oder zwei Stationen ohne Achse ab. Mit geringerer Reichweite bleibt die Zelle kompakt und der Arm arbeitet in günstigeren Positionen über kleinen Bauteilen. Die Antwort ergibt sich aus dem Bauraum des bereits im Spannvorrichtung und am Positionierer montierten Teils. Allgemeine Kriterien zur Interpretation des Datenblatts finden sich im Leitfaden für den Industrieroboter.

Spannvorrichtung: Hier beginnt die Qualität

Der Roboter führt die Brennerdüse stets zum selben Punkt. Es obliegt der Vorrichtung, sicherzustellen, dass sich die Naht an diesem Punkt befindet. Sie muss das Bauteil anhand stabiler Referenzen positionieren, die durch Wärme verursachte Verformung aufnehmen, ohne das Teil nach dem Schweißen zu blockieren, und einen freien Weg für die Brennerdüse lassen.

Drei Fragen helfen bei der Bewertung des Angebots: Wer entwirft die Vorrichtung, wie legt der Bediener das Teil ein und prüft es, und wie lange dauert der Wechsel auf ein anderes Produkt? Bei Bauteilfamilien reduziert eine Vorrichtung mit austauschbaren Teilen diesen Wechsel.

Positionierer

Der Positionierer existiert aus zwei Gründen: um jede Fuge in die günstigste Schweißposition zu bringen, vorzugsweise die Flachposition (PA nach ISO 6947), und um den Zugang zur Brennerdüse zu ermöglichen, ohne dass jemand das Werkstück wenden muss.

Typ	Funktionsweise	Typisches Werkstück
1 Achse	Kopfstock und Gegenstock mit Servomotor	Lange Bauteile, die sich um ihre eigene Längsachse drehen
2 Achsen	Drehung und Neigung	Volumetrische Bauteile, die in Flachposition geschweißt werden
L-Typ	Zwei Achsen im L-Arm, mit freiem Zugang rund um das Werkstück	Bauteile mit Nähten auf vielen Seiten
3 Achsen	Stationswechsel: Der Bediener belädt eine Seite, während der Roboter die andere schweißt	Kontinuierliche Produktion mit manueller Beladung

Was den Positionierer zu einem Teil des Prozesses macht, ist die koordinierte Bewegung. Roboter und Positionierer bewegen sich gemeinsam, sodass der Brenner konstante Geschwindigkeit und Winkel relativ zur Fuge beibehält, während sich das Werkstück dreht.

Verfahrachse

Wenn das Werkstück länger ist als die Reichweite des Roboters, bewegt sich der Arm auf einer Schiene, die als zusätzliche Achse fungiert. Die Schiene der Linie verwendet eine Zahnstange mit schrägverzahntem Getriebe, einen Servomotor und Linearführungen in drei Klassen:

Klasse	Gesamtlast (kg)	Last am Handgelenk (kg)	Wiederholgenauigkeit (mm)
Leicht	bis 1.000	bis 50	±0,08
Mittel	bis 3.000	bis 300	±0,10
Schwer	bis 10.000	bis 1.000	±0,15

Beim Schweißen wird die Wiederholgenauigkeit der Schiene zusammen mit der des Roboters berücksichtigt. Daher wird die Klasse der Schiene anhand des Werkstücks und des Prozesses ausgewählt, nicht nur anhand des Gewichts des Arms.

Häufigste Layouts

Layout	Wann anwendbar	Worauf achten
Eine Station mit festem Tisch	Kleine Teile, geschweißt ohne Umlage	Der Roboter wartet während des Teilwechsels
Zwei Stationen	Kontinuierliches Volumen mit manueller Beladung	Die Trennung zwischen der Schweißstation und der Beladestation
Kopfstock und Gegenhalter	Träger, Wellen, Chassis und andere lange Teile	Steifigkeit der Vorrichtung über die Länge
2 Achsen oder L-Typ	Teile mit Nähten auf mehreren Seiten	Last und Schwerpunkt des Bauteil-Vorrichtungs-Systems
Roboter auf Schiene	Teile länger als die Reichweite des Roboters	Klasse der Schiene und Verkabelung

Die Layouts kombinieren sich. Eine Zelle für lange Teile kann eine Schiene sowie Kopfstock und Gegenhalter haben. Eine Hochvolumenzelle kann zwei Stationen haben, jede mit einem Positionierer.

Sicherheit und Umgebung

Die Schweißzelle addiert die Risiken eines bewegten Roboters zu denen des Lichtbogens: Strahlung, Spritzer und Rauch. In der Praxis bedeutet dies eine Abschirmung, die die Lichtbogenstrahlung enthält, einen beladenen Zugang, geschützt durch eine verriegelte Tür oder ein Präsenzerkennungsgerät, Neustart mit vollständiger Sicht auf den Bereich und Absaugung am Schweißpunkt.

Die Referenz in Brasilien ist die NR-12, die die ISO 10218 für robotische Systeme anerkennt. Was die Norm Punkt für Punkt verlangt, finden Sie unter NR-12 in robotisierten Zellen. Prüfen Sie, ob der Sicherheitsumfang und die Dokumentation auf Portugiesisch im Angebot enthalten sind oder nicht.

Was vor der Angebotsanfrage definiert werden muss

Ein vergleichbares Angebot entsteht aus einer vollständigen Anfrage:

Zeichnungen oder 3D-Modelle der Teile, mit gekennzeichneten Nähten.
Material, Wandstärken und aktuelles Schweißverfahren.
Gesamte Nahtlänge pro Teil.
Jahresvolumen, Losgröße und Anzahl der Schichten.
Gewünschte Zykluszeit pro Teil.
Toleranzen der Teile, die zur Schweißung angeliefert werden.
Abnahmekriterium für die Naht und anwendbare Norm.
Verfügbarer Platz und Raumhöhe.
Vor Ort vorhandene Medien: Drehstrom, Druckluft, Gase und Absaugung.
Wer stellt die Vorrichtungen bereit und wer bedient die Zelle.

Mit diesen Daten dreht sich die Diskussion nicht mehr um den Roboter, sondern um das Ergebnis: Teile pro Schicht, Qualität und Inbetriebnahmetermin. Die Auswirkung jedes Blocks auf die Investition ist in was ein Industrieroboter kostet beschrieben, und die Kriterien zur Bewertung des Durchführenden finden sich im Artikel über den Roboterintegrator.

Vier Fehler treten in dieser Phase häufig auf:

den Roboter auswählen, bevor Positionierer und Vorrichtung definiert sind;
ein Angebot anfordern, ohne die Toleranzen der zur Schweißung angelieferten Teile anzugeben;
Absaugung und Sicherheit als Punkte betrachten, die später gelöst werden können;
für ein einzelnes Teil dimensionieren und die nachfolgende Teilefamilie vergessen.

Häufige Fragen

Woraus besteht eine Roboter-Schweißzelle?

Schweißroboter mit Steuerung, Stromquelle mit Drahtvorschubgerät, Brenner mit Reinigungsstation, Vorrichtung, Positionierer oder Tisch, Schutzvorrichtungen mit Verriegelung, Absaugung von Schweißrauch und Bedienerschnittstelle. Je nach Werkstück kommen auch eine Schiene und eine zweite Beladestation hinzu.

Was ist der Unterschied zwischen einem Schweißroboter und einer Roboter-Schweißzelle?

Der Schweißroboter ist der Arm mit der Steuerung. Die Zelle ist das produzierende System: Roboter, Stromquelle, Brenner, Positionierer, Vorrichtung, Sicherheit und Bedienung. Angebote, die beim Roboter gleichwertig erscheinen, unterscheiden sich oft genau bei den anderen Komponenten.

Wann benötigt die Zelle einen Positionierer?

Wenn das Werkstück Nähte auf mehreren Seiten hat oder wenn die Qualität das Schweißen in Flachposition erfordert. Der Positionierer dreht und neigt das Werkstück, um jede Naht in die beste Position zu bringen und dem Brenner Zugang ohne manuelle Neupositionierung zu ermöglichen.

Kann dieselbe Zelle unterschiedliche Werkstücke schweißen?

Ja. Jedes Werkstück hat seine eigene Vorrichtung und sein eigenes Programm, und der Wechsel wird im Projekt geplant. Ähnliche Werkstückfamilien nutzen denselben Positionierer und Teile der Vorrichtungen, was die Rüstzeit verkürzt.

Muss die robotergestützte Schweißzelle der NR-12 entsprechen?

Ja. Die NR-12 gilt für die Zelle als Maschine, und Punkt 12.1.12 erkennt Robotersysteme als konform an, die der ISO 10218-1, der ISO 10218-2 und der ISO/TS 15066 folgen. Die Norm schreibt Schutzvorrichtungen, Verriegelungen, Not-Halt und eine Bedienungsanleitung in portugiesischer Sprache vor; die Schulung, die sie dem Arbeitgeber zuweist, sollte im Projektumfang vereinbart werden.

Sprechen Sie mit BR Robotics

BR Robotics plant und integriert Schweißzellen mit QJAR-Robotern in Brasilien. Senden Sie das Werkstück, das Volumen und den gewünschten Zyklus: Die Antwort enthält das empfohlene Modell, das Layout der Zelle und das Angebot. Sprechen Sie mit BR Robotics oder sehen Sie sich Roboter, Positionierer und Schienen an.