Bolzenschweißen Heute - Nelson Bolzenschweiß

Bolzenschweißen Heute
Systeme mit Mehrwert
Keine Frage, auch Ted Nelson, der Erfinder des Bolzenschweißens, wäre mehr als erstaunt, wie rasant
sich seine Erfindung in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt hat. Während er auf einer Werft
noch mit einfachsten Mitteln die ersten Bolzen schweißte, ist der Fokus heute auf
prozessorgesteuerte Systeme gerichtet.
Kein Wunder, dass Fachleute moderne Bolzenschweißsysteme inzwischen häufig als Mess- und
Prozessgeräte bezeichnen, die auch schweißen können. Nicht ohne Grund: Betrachtet man den
gesamten Anlagenaufwand, so sind nahezu nur noch 20 Prozent davon für den eigentlichen
Schweißprozess zuständig. Beinahe „nebenbei“ machen die Bolzenschweißgeräte der neuesten
Generation aber zehntausende von Messungen pro Sekunde, regeln Ströme, Spannungen und
Positionen mit schnellen (DSP) Prozessoren und beinhalten Datenbanken, Statistiken, übernehmen
Steueraufgaben und kommunizieren zugleich mit anderen Systemen.
Die Nelson Bolzenschweiß - Technik GmbH & Co. KG ist das führende Unternehmen in diesem
Bereich und hat eine neue Generation von Bolzenschweißsystemen für hochautomatisierte
Anwendungen entwickelt. Neben einer neuen Stromquelle wurde das Sortierer-Konzept
überarbeitet, ein modularer Schweißkopf entwickelt und mit einer neuen Komponente (Speed Port)
eine Verringerung der Zykluszeit von über 50 Prozent erzielt. Dadurch wird eine Erhöhung der
Kapazitäten ebenso realisierbar wie eine Reduzierung der Anlagenzahl.
Da die Anlagensicherheit bei Nelson schon immer eine herausragende Bedeutung hatte, war auch die
Erreichung des „Performance – Level d“ eine der wichtigsten Vorgaben. Sämtliche Zuführschläuche
sowie Zugangsmöglichkeiten, die eine Gefährdung aufweisen, werden bei Nelson durch sichere
Transpondersysteme überwacht.
Insgesamt ein Systemprogramm, das entsprechend den hohen Anforderungen der Kunden, einen
echten Mehrwert zu bieten hat.
Das Schweißgerät „N4s“ baut auf der Inverter-Technologie auf. Es liefert
Ausgangsströme bis 1800 A, bei einer Ausgangsspannung von 55 V. Zwei µController regeln und steuern die intern laufenden Prozesse.
Elf verschiedene steckbare Interfacekarten sorgen für eine Anbindung an alle
gängigen Feldbus-Systeme. Neben den weit verbreiteten Feldbus-Systemen,
wie „Interbus S“ und „EthernetIP“, sind auch moderne Systeme, wie „Profinet“
(auch „IRT“), verfügbar. Ein auf Windows basierendes Bedienteil sorgt für die
Visualisierung von Prozesskurven, Prozessanalysen und Systemzuständen.
Auch die Parameter können damit visualisiert bzw. geändert werden. Eine
Benutzerverwaltung kann zudem die Zugriffsrechte der einzelnen Menüs
verwalten - Zugriffsrechte werden dabei auf USB-Sticks abgelegt. Ein „PowerSafe Mode“ ermöglicht es darüber hinaus, das Schweißgerät in einen
energiesparenden Zustand zu versetzen, mit dem die Verlustleistung unter
10 W abgesenkt werden kann.
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N4s
Der Sortierer „FSE1000s“ zeichnet sich durch seine neue modulare Bauweise aus. Der ursprüngliche
Sortierer besteht jetzt aus drei unterschiedlichen Modulen, die noch flexiblere
Einsatzmöglichkeiten eröffnen.
Ein so genanntes „Nelson Servo Modul“ (NSM) übernimmt die komplette
Regelung des servo-elektrischen Schweißkopfes. Es koordiniert die
Steueraufgaben des Sortiervorganges und erfüllt Messaufgaben bei Spannung
und Position. Die Prozessdaten werden dabei während des Schweißprozesses an
die Stromquelle gesendet. Dieses Modul kann auch als „Stand alone“ - Lösung
NFM + NBM
für Schweißköpfe mit Greifer bzw. Handpistolen verwendet werden.
NSM
Das „Nelson Bunker Modul“ (NBM) dient als Bunker für die zu verschweißenden
Bolzen. Dieses Modul ist so konzipiert, dass es für alle zu fördernden Bolzen
identisch ist.
Das „Nelson Feeder Modul“ (NFM) schließlich ist für die Vereinzelung der Bolzen
zuständig. Ausschließlich dieses Modul besitzt bolzenspezifische Komponenten und
kann mit wenigen Handgriffen auf einen anderen Bolzentyp umgebaut werden.
Dadurch ist die Ersatzteilhaltung auf ein geringes Maß reduzierbar.
Die „ECO“ - Vereinzelung sorgt außerdem mittels eines nahezu luftdichten Abschlusses für schnelle
Förderzeiten bei minimalem Druckluftverbrauch und ist zudem kaum hörbar.
Das modulare Konzept lässt - etwa bei einer Mehrstellanlage - eine Vielzahl von
Konfigurationsmöglichkeiten zu. Bis zu fünf Sortierer können an ein Schweißgerät angeschlossen
werden.
Beispiel: Mehrstellenanlage
Hier eine Anlage mit zwei Sortierern an die jeweils ein Schweißkopf anschließbar ist.
Beispiel: Weichenbetrieb
Da beim Weichenbetrieb nur ein
Schweißkopf zum Einsatz kommt,
benötigt man auch nur ein ServoModul. Dies kann sich am Bunker des
ersten Sortierers befinden oder - wie in
der Abbildung gezeigt - auch separat
gehalten werden.
Es wird nur ein Servo-Modul benötigt,
was eine deutliche Kostenreduzierung
ermöglicht.
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Auch der Schweißkopf „KSE1000s“ ist modular aufgebaut. Die
Zustellbewegung des Schweißkopfes wird durch einen
servoelektrischen Antrieb mit einem Hub von ca. 50 mm
realisiert. Er zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeiten und
Standzeiten aus. Der Kopfgrundkörper ist aus einem Stück
gefertigt und weist somit in der Gesamtheit sehr geringe
Toleranzen auf. Der neue „KSE1000s“ ist gegenüber dem
KSE1000s
Vorgänger um 50 mm kürzer und benötigt wie bereits das
Vorgängermodell, keinen Stützfuß, was bezüglich der Zugänglichkeit außerordentliche Vorteile mit
sich bringt. Der Zuführschlauch wird mittels eines Transponders überwacht, der beim Abziehen für
einen gesicherten drucklosen Zustand sorgt. Der Zuführschlauch wird an beiden Enden über einen
Schnellsteckanschluss werkzeuglos angeschlossen. Der neu erstellte Steckanschluss des Kopfkabels
beinhaltet die elektrischen Kontakte, das Schweißstromkabel, sowie die Pneumatikanschlüsse. Der
Kabelabgang kann wahlweise nach hinten, rechts oder links sowie nach unten erfolgen. Insgesamt ist
damit bei einfachem Aufbau eine besonders schnelle Umrüstung möglich. Dazu passt, dass eine
Leiterplatte im Inneren des Kopfes als Verdrahtungshilfe dient. Alle elektrischen Anschlüsse sind
somit auch steckbar.
Insgesamt lässt sich festhalten, dass der modulare Aufbau den Umbau auf unterschiedliche Varianten
mit wenigen Handgriffen zulässt. Durch das Anbringen einer zusätzlichen Komponente kann zudem
ein weiteres Modell erstellt werden, ohne dass sich der Grundkörper dabei ändert.
KSE1000s (Standard)
KSE1000s (55 Variante)
„Zuführüberwachung“: Mit der Einführung dieses Systems
sind auch die Überwachungsmöglichkeiten im Zuführsystem
erweitert worden. Es können bis zu sechs Sensoren in
einem Zuführsystem integriert werden. Die Anzahl der
Sensoren ist vom Kunden frei wählbar und kann über das
Bedienteil individuell konfiguriert werden.
Ein neues Menü im Bedienteil visualisiert den
Förderprozess und zeigt die aktuelle Position des Bolzens
an. Die Fehlersuche im Zuführsystem wird dadurch
erheblich erleichtert.
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Screenshot Zuführüberwachung Bedienteil
Der „Nelson SPEED PORT“ ist eine absolute Neuheit im Bereich des Bolzenschweißens, die eine
Kapazitätssteigerung von mehr als 50 Prozent ermöglicht.
Bei herkömmlichen Systemen läuft der Gesamtprozess sequenziell ab, d.h. es wird ein Bolzen
gefördert und anschließend verschweißt. Während des Förderprozesses positioniert sich ein Roboter
in der Regel dabei zur nächsten Schweißposition. Untersuchungen bei einem namhaften
Automobilhersteller haben gezeigt, dass heutige Roboter die nächste Position in sehr geringen Zeiten
erreichen. In diesem Fall ist der Förderprozess, der in der Regel zwischen 1 s und 1,5 s dauert, noch
nicht abgeschlossen, was eine Wartezeit zur Folge hat. Man ist zunächst davon ausgegangen, dass
dies in 10 Prozent aller Positionen der Fall ist. Die Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass der
Anteil weitaus höher liegt.
Dies war Anlass für die Nelson Bolzenschweiß - Technik ein System zu entwickeln, bei dem der
Förderprozess in zwei Phasen zerlegt wird, von denen eine bereits während des Schweißprozesses
abläuft. Die neue Komponente nennt sich „SPEED PORT“. Es handelt sich dabei um einen
Zwischenspeicher, in den der Bolzen während des Schweißprozesses gefördert wird. Ist der
Schweißprozess abgeschlossen, wird der nächste Bolzen aus dem „SPEED PORT“ in den Kopf
gefördert. Ein neuer Bolzen befindet sich bereits im Schweißkopf, bevor dieser seine Rückposition
erreicht hat. Anschließend wird sofort wieder ein neuer Bolzen vom Sortierer in den „SPEED PORT“
gefördert.
Ist der „SPEED PORT“ nahe am Schweißkopf angebracht (ca. 0,5 m), können Zuführzeiten unter 100 ms
erreicht werden. Befindet sich der „SPEED PORT“ auf der dritten bzw. vierten Achse des Roboters (ca.
3,0 m) und somit etwas weiter vom Schweißkopf entfernt, können Zuführzeiten unter 250 ms erreicht
werden.
Aufbau:
Der SPEED PORT wird zwischen
Sortierer und Bolzenschweißkopf
platziert.
Untersuchungen haben ergeben, dass mit diesem neuen System von Nelson eine
Kapazitätssteigerung von über 50% erzielt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Verringerung des
Verschleißes im Zuführsystem. Durch die erhebliche Verringerung der Systemzeiten, kann die
Fördergeschwindigkeit alternativ verringert werden. Dadurch wird der Verschleiß deutlich minimiert.
Die Vorteile dieses Systems bedeuten für ein Unternehmen eine Erhöhung der Kapazität oder eine
geringere Anzahl benötigter Anlagen.
Beispiel einer Bolzenschweißanlage in der 53 Bolzen verschweißt werden:
Mit herkömmlicher Technik werden diese 53 Bolzen in 190 s verschweißt. Durch Ergänzung der
Anlage mit einem SPEED PORT wird die Zeit auf 126 s verringert. Dies entspricht einem
Kapazitätsgewinn von 50 Prozent.
Ted Nelson, der Erfinder des Bolzenschweißens, wäre beeindruckt.
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