Fertigungsautomatisierung 3 | 16

Leichter schweißen

ABB-Roboter fertigen Autoteile für ArcelorMittal

Andritz Soutec aus dem schweizerischen Neftenbach hat für den Automobilzulieferer ArcelorMittal zwei neuartige Schweißanlagen mit je acht ABB-Robotern realisiert. Damit produziert das Unternehmen in einer nordamerikanischen Niederlassung maßgeschneiderte, gewichts- und festigkeitsoptimierte Platinen für Seitenteile neuer PKW-Modelle.

Autos sollten im Sinne eines geringeren Treibstoffverbrauchs möglichst leicht sein. Gleichzeitig müssen sie den Passagieren höchste Sicherheit bei einem Unfall bieten – zwei weitgehend konträre Anforderungen an das verwendete Material.

Warmumgeformte Stähle bieten die Lösung des Dilemmas: Maßgeschneiderte Mangan-Bor-Stahlbleche werden auf ungefähr 950 °C erhitzt, in einer hydraulischen Presse umgeformt und innerhalb von Sekunden gleichmäßig auf circa 200 °C heruntergekühlt. Dabei entstehen im Stahl Kristallstrukturen, die für extreme Festigkeit sorgen – im Vergleich zum Ausgangsmaterial um den Faktor zwei bis vier erhöht. Entsprechend dünner und somit leichter können die Karosserieelemente ausgelegt werden.

Auf Hundertstelmillimeter genau

Die maßgeschneiderten Elemente, Platinen genannt, bestehen aus Blechen unterschiedlicher Dicke und Festigkeit. Sie werden im Laserschweißverfahren miteinander verbunden. Die besondere Stärke von Andritz Soutec ist ein kameragestütztes Laserschweißverfahren für äußerst präzise Nähte gleichbleibender Qualität. Die vorauslaufende Kamera misst den Spalt zwischen den beiden Blechen auf 0,02 mm genau. Um den Restspalt zwischen den Platinen zu schließen, wird mittels Zusatzdraht das notwendige Material zugeführt. Die Zuführgeschwindigkeit des Drahts wird je nach Breite des gemessenen Spalts geregelt. Die meisten warmumformbaren Stähle weisen eine Aluminium-Silizium-Beschichtung (AlSi-Beschichtung) auf, die eine Zunderschicht verhindert und zudem vor Korrosion schützt. Allerdings lassen sich AlSi-beschichtete Stahlbleche nicht ohne Weiteres verschweißen; beim normalen Verfahren vermischen sich Aluminium und Stahl. Um das zu vermeiden, wird die obere Schicht der AlSi-Beschichtung mit einem Kurzpulslaser abgetragen, ohne die prozesstechnisch wichtige Zwischenschicht zu zerstören. Dank diesem Ablationsverfahren können auch Bleche mit AlSi-Beschichtung in der geforderten Qualität verschweißt werden.

ABB-Roboter seit 20 Jahren bewährt

ArcelorMittal hat bei Andritz Soutec zwei automatisierte Schweißanlagen bestellt, in denen erstmals dieses Ablationsverfahren direkt eingebaut ist. In die Anlage wurden zudem Punktschweißroboter integriert, um Patches – lokale Verstärkungen – aufzubringen. Da nach dem Warmumformen keine Zugänglichkeit für das Punktschweißen mehr besteht, müssen die Patches zuvor aufgebracht werden. So entschied sich ArcelorMittal dazu, diesen Schritt bereits in die Produktion der Platinen zu integrieren.

Soutec arbeitet seit ungefähr 20 Jahren mit ABB Robotics zusammen. „Über 95 % der Roboter, die wir in die Laserschweißanlagen für unsere Kunden integrieren, stammen von ABB“, sagt Mathias Binder, Head of Product Management & Engineering bei Andritz Soutec. In die Anlagen für ArcelorMittal sind je acht ABB-Roboter integriert: fünf für das Handling im Laserschweißablauf und zusätzlich zwei für das Punktschweißen – mit Schweißzangen von ABB – sowie einer, der das Handling zwischen den beiden Schweißprozessen übernimmt.

 

Die fünf Roboter im Laserschweißteil der insgesamt 36 m langen Anlage integrierte Soutec selbst. Sie sind „nur“ ausführende Maschinen der Anlagensteuerung. Die beiden Punktschweißroboter wurden hingegen direkt von ABB programmiert. Zum Rest der Anlage besteht nur ein minimales Interface zur Übergabe der Werkstücke per Handlingroboter. Die Schweißroboter setzen pro Patch 14 Schweißpunkte. Das Projekt war eine Herausforderung, die vom erfahrenen ABB-Experten Theo Burkart in akribischer Arbeit und in enger Zusammenarbeit mit Andritz Soutec gemeistert wurde.

„Mit gemeinsamem Einsatz haben wir die Anlagen – so, wie vom Kunden gewünscht – innerhalb der Fristen realisiert“, beschreibt Mathias Binder die ausgezeichnete Kooperation mit ABB. Bei der Werkabnahme der zweiten Anlage mit dem Endkunden konnten vor Ort in Neftenbach Platinen geschweißt werden. Die Anlage wurde inzwischen verschifft und neben der ersten, bereits im Januar 2015 ausgelieferten Anlage installiert. Gemeinsam können sie nun rund um die Uhr täglich über 4.000 Stahlblech-Platinen, also die Seitenteile für über 2.000 Fahrzeuge, produzieren.