Stillstandzeiten sind für Metallbearbeitungs- und Fertigungsbetriebe aller Größenordnungen teuer. Ob es sich nun um mehrere Millionen pro Stunde ungeplante Ausfallzeit in einer Tier-1-Automobilfabrik oder um 500 Dollar pro Stunde geplante Wartungszeit zum Entfernen von Spritz und anderen Rückständen in einer kleinen Werkstatt handelt – Schweißbetriebe verlieren Geld, sobald Stillstand eintritt. Ein weiterer häufiger Grund für Ausfallzeiten von Schweißrobotern ist das Umpositionieren und Neuprogrammieren des Roboters beim Schweißen langer Werkstücke.
Das Hinzufügen einer Linearachse zu herkömmlichen, mehrachsigen Industrierobotern kann hier Abhilfe schaffen. Durch den Einsatz einer Linearachse können Schweißroboter lange Bauteile schweißen, indem der Roboter zum Werkstück gebracht wird – und nicht umgekehrt. So kann Ihre Schweißautomation kontinuierlich arbeiten und die Ausfallzeiten durch Umpositionierung entfallen.
Auch bei sehr großen Werkstücken muss das Teil nicht mehr bewegt werden – stattdessen führen Schienen den Roboter präzise zum Schweißbereich. Vielleicht ist Ihre Werkstatt beengt und Sie möchten nicht mehrere Roboter an jedem Schweißarbeitsplatz einsetzen, sondern einen Schweißroboter von Station zu Station transportieren. Zusätzlich zu diesen Vorteilen hilft eine Linearachse dabei, die Schweißleistung und den Durchsatz zu optimieren, Ausfallzeiten zu minimieren und sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.
Zwei Hauptgründe für das Hinzufügen einer siebten Achse zu einem Schweißroboter sind die Vergrößerung der Reichweite und die Erweiterung des Arbeitsbereichs der Automatisierung. Um diese Ziele zu erreichen, muss Ihr Schweißroboter auf einer Schiene montiert werden, die ihn sanft und zuverlässig an den gewünschten Ort bringt.
Das klingt in der Theorie gut, doch Metallbearbeitungs- und Fertigungsbetriebe stellen eine Herausforderung für herkömmliche Schienensysteme dar. Die Schienen müssen zuverlässig funktionieren, obwohl sie Metallstaub, Schweißspritzern, Grundmetallfragmenten oder verkohlten Resten von Lacken, Grundierungen oder Schutzbeschichtungen ausgesetzt sind, die beim Schweißen verbrennen.
Solche Verunreinigungen führen oft dazu, dass die Laufrollenlager einer Schiene blockieren – der Schweißroboter bleibt abrupt stehen, was ungeplante Stillstände samt den dazugehörigen Kosten und Ärgernissen verursacht.
Profilführungen und Kurvenrollenführungen sind die beiden Haupttypen der Linearachsen-Schienentechnologie. Der entscheidende Konstruktionsunterschied liegt im verwendeten Wälzlagersystem, das die Schiene führt und abstützt.
Die Art der Schienentechnologie, auf der Ihr Schweißroboter fährt, hat erheblichen Einfluss darauf, wie gut sie mit Verschmutzungen in der Werkstatt umgeht – mit positiven Folgen wie weniger Ausfallzeiten, geringeren Wartungskosten sowie höherer Effizienz und Flexibilität des Systems.
Profilführungen, auch als Linearlager bekannt, bestehen meist aus zwei Reihen kleiner, zylindrischer Wälzkörper, die jeweils auf gegenüberliegenden, abgeschrägten Flächen einer gehärteten, geschliffenen Stahlführung laufen. Diese Konstruktion bietet dem Schweißroboter vertikale (Trag-)Abstützung und laterale Führung.
Profilführungen werden schon seit Jahrzehnten eingesetzt. Sie gewährleisten eine präzise, stabile und ruhige Linearbewegung. Doch selbst mit Abstreifern – speziellen Vorrichtungen zur mechanischen Entfernung von Verschmutzungen – dringen oft Rückstände bis zu den Lagern vor.
Die neue Kurvenrollentechnologie (auch als Track Follower bekannt) nutzt ein zylindrisches Wälzlager am Ende eines Bolzens. Die Kurvenrolle läuft auf einer Führung und verwendet ein einfaches Blockdesign. Dieses modulare Konzept erlaubt es, mehrere Kurvenrollen oben und seitlich an einer Schiene zu platzieren, sodass der Roboter in alle Richtungen optimal abgestützt ist. Gleichzeitig entfernt eine Wischer-/Abstreiferkombination am Block zuverlässig Schmutz – auch Metallstaub und Schweißspritzer – von der Schiene.
Ein wesentliches Merkmal der Kurvenrollensysteme ist, dass ihre Lager vollständig im Block gekapselt sind. Dadurch gibt es keinen Eintrittspunkt für Schmutz, was Kurvenrollen ideal für anspruchsvolle Metallbearbeitungsumgebungen macht. Weniger planmäßige Wartungsstillstände sind die Folge.
Die zylindrischen Wälzkörper in einer Kurvenrolle sind in der Regel größer als bei Profilführungen. Während die Lager einer Profilführung direkt auf der Schiene laufen, besitzt die Kurvenrolle einen Außenring, der den Kontakt zwischen Schiene und Lager wesentlich effektiver gestaltet.
Auch der Kontaktwinkel zwischen Wälzlager und Führung spielt eine Rolle. Bei Profilführungen ist es entscheidend, dass Ersatzteile – sowohl die Führung selbst als auch die Schiene – exakt aufeinander abgestimmte Winkel haben.
Kurvenrollen hingegen werden auf einfachen, rechteckigen Schienen eingesetzt, sodass diese Problematik entfällt. Zudem können Rolle und Schiene unabhängig voneinander ausgetauscht werden, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Bei Bedarf können Kurvenrollensysteme auch profilierte, leicht gekrümmte Kontaktflächen aufweisen, was zusätzliche Vorteile für Leistung und Lebensdauer mit sich bringt.
Kurvenrollen erlauben zudem das Einstellen des Vorspannmoments. Eine höhere Vorspannung sorgt für mehr Steifigkeit und Präzision, während eine übermäßige Vorspannung den Verschleiß erhöht. Das Optimum zwischen Präzision und Lebensdauer lässt sich bei Kurvenrollen einfach einstellen.
Sowohl Kurvenrollen als auch Profilführungen verfügen über Konstruktionsmerkmale wie Schutzbleche, Dichtungen, Abstreifer, Wischer und Abdeckungen, die vor Verunreinigungen durch Schmutz und Mikropartikel schützen, wie sie in vielen Schweißumgebungen auftreten.
Profilführungen sind jedoch in Anwendungen mit feinen Partikeln deutlich weniger effektiv. Metallstaub und feine Partikel dringen in das Lager ein, verbrauchen das Schmiermittel und beschleunigen den Verschleiß.
Mit vollständig gekapselten Lagern und größeren Wälzkörpern sind Kurvenrollen deutlich robuster gegenüber rauen Bedingungen in der Metallbearbeitung. Dank der größeren inneren Zylinderrollen und der massiven Außenringe können Kurvenrollen Verschmutzungen einfach überrollen.
Gelangen Verunreinigungen in eine Profilführung, sind die Folgen gravierender: Die Wälzkörper hören auf zu rollen und gleiten stattdessen über die Schiene, was den Verschleiß von Schiene und Lager beschleunigt. Im schlimmsten Fall lösen sich die Wälzkörper aus dem Lagerblock – mit potenziell katastrophalen Folgen.
Der Zugang zu den Laufrollenlagern einer Profilführung ist alles andere als einfach. Meist muss der gesamte Schlitten, Roboter und/oder die Last von der Schiene entfernt werden. Dieses zeitaufwendige Verfahren erfordert oft einen Kran und kann eine komplette Schicht in Anspruch nehmen. Wenn dann das Lager der Profilführung gewechselt werden muss, ist eine vollständige Neuprogrammierung aller Roboterpositionen und -bahnen erforderlich. Das bedeutet erhebliche, aber vermeidbare Stillstandzeiten.
Die Wartung moderner Kurvenrollensysteme ist dagegen denkbar einfach. Die Lagerkassette kann seitlich aus der Schiene gezogen werden; die Kurvenrolle lässt sich in etwa zehn Minuten ausbauen, ersetzen und neu einstellen. Das reduziert Ausfallzeiten in automatisierten Schweißprozessen erheblich – zur Freude jedes Produktionsleiters.
