Vollautomatisiertes Kesselschweißen

Die Markenzeichen des Heizungsspezialisten Windhager sind seit mehr als 100 Jahren perfekte Qualität "Made in Austria" und ein ausgeprägter Innovationsgeist. Daher haben die Salzburger nun in eine der modernsten Kesselschweißanlagen Europas investiert. In der vollautomatisierten Schweißlinie von ism-technic sorgen insgesamt 13 Roboter von KUKA für höchste Produktivität, Flexibilität und Präzision bis ins kleinste Detail.

Wo Windhager draufsteht, ist Windhager drin

Gerade am Heizungsmarkt ist der Trend zum längerfristigen Wertedenken unübersehbar. Ökonomie und Nachhaltigkeit gehören mittlerweile zu den wichtigsten Kriterien beim Heizungskauf. „Diesen Trend zur Biomasseheizung haben wir schon frühzeitig erkannt und uns auf die Herstellung von umweltschonenden Scheitholzheizungen, Hackschnitzelheizungen und effizienten Pelletheizungen spezialisiert“, erläutert Stefan Gubi, Geschäftsführer der Windhager Zentralheizung GmbH.

Heute zählt das Seekirchner Familienunternehmen mit rund 650 Mitarbeitenden zu den führenden Herstellern von Heizkesseln für erneuerbare Energien. Um sich ein zusätzliches Standbein zu schaffen, baut das Salzburger Traditionsunternehmen in Pinsdorf bei Gmunden ein 27.000 m² großes Produktions- und Entwicklungszentrum für Wärmepumpen. Ab 2024 sollen dort gemeinsam mit dem Wärmepumpenspezialisten M-Tec bis zu 20.000 Wärmepumpen pro Jahr hergestellt werden. Doch auch für die Heizkesselproduktion im Produktionswerk in Zaisberg/Seekirchen wird kontinuierlich in innovative Fertigungstechnologien, insbesondere das Kesselschweißen, investiert. Dabei setzt man auf eine hohe Fertigungstiefe. „Wo Windhager draufsteht, ist auch Windhager drin. Daher auch unser eigener Anspruch an die Produktion, möglichst viel selbst im Haus zu fertigen“, versichert der Geschäftsführer.

„Neben einem umfangreichen Maschinenpark in der Blechfertigung für das Laserschneiden, Stanzen und Biegen verfügen wir zudem über eine Pulverbeschichtungsanlage. Auch Prozesse wie etwa das Trowalisieren, Gleit- und Flächenschleifen beherrschen wir allesamt selbst, bis hin zur Elektrofertigung und Endmontage“, bringt sich Patrick Heitzinger, Leitung Fertigung bei Windhager, mit ein.

Kapazitätserweiterung durch Schweißautomatisierung

Um die strengsten Kriterien in puncto Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebensdauer der Heizkessel zu erfüllen, zählt auch das Schweißen der Heizkessel zu den zentralen Kernkompetenzen des Salzburger Traditionsunternehmen. Aufgrund der massiv gestiegenen zu produzierenden Stückzahlen der letzten Jahre ist das Unternehmen jedoch mehr und mehr an die Grenzen der Kapazitäten gestoßen.

Vollautomatisiertes Kesselschweißen durch KUKA-Technologien.

„Diesen Mengensteigerungen Herr zu werden, aber auch die ständig steigenden Qualitätsanforderungen zu erfüllen und vor allem dem akuten Fachkräftemangel entgegenzuwirken, ist eine Erhöhung des Automatisierungsgrades in der Schweißfertigung unausweichlich“, betont Gubi. Deshalb entschied Windhager sich dazu, die vorhandenen, in die Jahre gekommenen Roboterschweißanlagen durch eine Schweißlinie mit vollautomatisiertem Kesselschweißen auf dem neuesten Stand der Technik zu ersetzen.

In den beiden Heftzellen wird aktuell die stückzahlenstärkste Windhager-Kesselfamilie BioWIN durch KUKA-Technologien automatisch geheftet.

Der wesentlichste Nutzen der neuen Schweißlinie ist die Steigerung der Kapazität und Produktivität. Eine geplante Steigerung in der Produktion von bis zu 40 Prozent ist damit absolut realistisch.

Stefan Gubi, Geschäftsführer von Windhager

Eine der modernsten Kesselschweißlinien Europas

Für die Umsetzung der Automatisierungslösung wurde ism-technic GmbH beauftragt. Der KUKA-Systempartner aus dem niederösterreichischem Münchendorf ist Spezialist für maßgeschneiderte, schlüsselfertige Roboterzellen und komplette Fertigungssysteme für das Schweißen und Schneiden inklusive Material-Handling. „Die Aufgabenstellungen bei diesem Projekt waren hochkomplex. Als KUKA-Systempartner steht uns jedoch ein umfangreiches Produktportfolio zur Verfügung, mit dem wir nicht nur den Schweißprozess, sondern auch das Be- und Entladen der einzelnen Roboterzellen sowie die gesamte Teilelogistik automatisieren konnten“, berichtet Andreas Stremitzer, Geschäftsführer von ism-technic. Überaus stolz auf das Erreichte meint er: „Sich gegen solch namhafte Anbieter von Automatisierungslösungen durchzusetzen, hat sich angefühlt wie ein Olympiasieg. Ich bin mir aber sicher, dass wir hier in Zaisberg in sehr partnerschaftlicher Zusammenarbeit mit KUKA und Windhager eine der modernsten vollautomatisierten Kesselschweißlinien realisiert haben, die in Europa ihresgleichen sucht.“

In der Vorschweißstation der Heftzelle werden Baugruppen, die anschließend in der Heftstation benötigt werden, vollautomatisiert geschweißt.

Seit Ende letzten Jahres ist die neue Fertigungslinie mit zwei baugleichen Heftzellen, sechs identen Schweißzellen und einem Hochregallager nun in Betrieb. „Dank der Lösung von ism-technic konnte das Kesselschweißen vom Heften bis hin zum Transport zu den Nacharbeitsplätzen, wo Mitarbeitende noch letzte Schweißnähte aufbringen und die Kessel auf Dichtheit prüfen, mit höchster Prozesssicherheit durchgängig automatisiert werden“, ist Heitzinger begeistert. Dabei ist das Konzept so ausgelegt, dass alle der derzeit 19 Kesseltypen von Windhager in jeder der sechs Schweißzellen geschweißt werden können. „So können wir die Produktion an die sich erfahrungsgemäß laufend ändernde Nachfrage der einzelnen Heizkessel sehr flexibel anpassen. Sollte zudem einmal eine Störung in einer Zelle auftreten, entstehen dadurch keine Produktionsengpässe“, zeigt sich der Fertigungsleiter zufrieden.

Dank der neuen Fertigungslinie von ism-technic konnte das Schweißen unserer Heizkessel vom Heften bis hin zum Transport zu den Nacharbeitsplätzen mit höchster Prozesssicherheit durchgängig automatisiert werden.

Patrick Heitzinger, Leiter Fertigung bei Windhager

Hochproduktiv durch automatisiertes Heften

In den beiden Heftzellen werden aktuell ausschließlich die zwei Kesselgrößen der stückzahlenstärksten Windhager-Kesselfamilie BioWIN automatisch geheftet. Die anderen Kesseltypen, für die aufgrund der vielen unterschiedlichen Varianten eine Automatisierung des Heftprozesses nicht sinnvoll wäre, werden nach wie vor händisch in einer eigenen Heftvorrichtung geheftet und zum Fertigschweißen über ein Rollenfördersystem in die Anlage eingeschleust und im Hochregallager eingelagert.

Die vollautomatisierte Schweißlinie für das Kesselschweißen wurde von ism-technic mit KUKA-Technologien realisiert.

„Doch alleine durch die Umstellung beim BioWIN-Kessel konnten wir die Produktivität beim Heften um rund 50 Prozent steigern“, berichtet Heitzinger. Eine Heftzelle ist dabei mit zwei Schweißrobotern KR CYBERTECH ARC von KUKA ausgestattet – einer zum Schweißen von Vorbaugruppen und einer zum Heften des gesamten Heizkessels. Die dafür benötigten Blecheinzelteile werden von einem Mitarbeitenden in Bauteilträgerpaletten eingeschlichtet und über ein Rollenförderband in die Linie eingeschleust und durch ein Kamerasystem geprüft, ob die Teile lagerichtig in die Palette eingelegt worden sind. Pro Heftzelle steht jeweils ein Handlingroboter KR QUANTEC von KUKA zur Verfügung, der die benötigten Bauteile aus dem Regalsystem entnimmt und je nach Auftrag eine der beiden Roboterstationen in der Zelle mit Material versorgt.

Ein KUKA Handlingroboter entnimmt die in der Heftzelle benötigten Bauteile aus dem Regalsystem.

„Ein zu heftender BioWIN-Kessel besteht aus insgesamt 18 Komponenten, die entweder als Blecheinzelteil oder als Blechbaugruppe, die zuvor in der Vorschweißstation geschweißt wurde, in die Vorrichtung der Heftstation eingelegt wird“, geht der Fertigungsleiter ins Detail. „Dank eines automatischen Wechselsystems mit sechs unterschiedlichen Greifern bestückt der Handlingroboter die Zelle absolut prozesssicher. Auch Kleinvorrichtungen, die in der Vorschweißstation benötigt werden, positioniert er ohne Zutun eines Mitarbeitenden vollautomatisch am Schweißtisch.“ fährt Andreas Stremitzer dazu fort.

Der KUKA Schwerlastroboter ist für die Be- und Entladung der insgesamt sechs Schweißzellen zuständig.

Um zum einen die Teile optimal einlegen zu können und zum anderen für den Roboter stets die ideale Lage für das Heften zu gewährleisten, verfügt die Heftstation zudem über einen Zwei-Achs-Positionierer KP2-HV HW von KUKA. „Ein automatisches Verschleißteilewechselsystem, automatische TCP-Korrektur sowie eine mechanische Brennerreinigung machen ein Eingreifen von außen unnötig und stellen somit ein absolut autonomes Heften sicher“, ergänzt der ism-Geschäftsführer. Den fertig gehefteten Kessel entnimmt der Handlingroboter KR QUANTEC aus der Zelle und gibt ihn an einen Übergabeplatz, von wo der Heizkessel über ein Regalbediengerät für das spätere Fertigschweißen in das Hochregallager eingelagert wird. „Die Zellen sind so ausgelegt, dass jeweils alle 30 Minuten ein BioWIN-Kessel geheftet werden kann“, ist Heitzinger beeindruckt.

Als KUKA-Systempartner steht uns ein umfangreiches Produktportfolio zur Verfügung, mit dem wir nicht nur den Schweißprozess, sondern auch das Be- und Entladen der einzelnen Roboterzellen sowie die gesamte Teilelogistik automatisieren konnten.

Andreas Stremitzer, Geschäftsführer von ism-technic

Die Schweißzellen werden allesamt von dem KUKA Handlingroboter KR QUANTEC be- und entladen. Ein auf einer Bodenfahrbahn montierte KUKA Schwerlastroboter KR 600 FORTEC bestückt die dafür ausgewählte Schweißzelle mit der entsprechenden Vorrichtung. „Um eine durchgängige Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten, wird an jedem Kessel ein QR-Code angebracht. Somit kann stets nachvollzogen werden, wann, in welcher Zelle und mit welchen Schweißparametern dieser geschweißt wurde“, geht Heitzinger näher darauf ein.

Der KUKA Handlingroboter positioniert den zu schweißenden Kessel exakt in der bereits eingespannten Vorrichtung.

Danach bringt der Handlingroboter den Heizkessel zur ausgewählten Zelle und positioniert ihn exakt in der bereits eingespannten Vorrichtung. Um dem Roboter stets die optimale Schweißposition zu bieten, sind auch die Schweißzellen mit einem Zwei-Achs-Positionierer KP2-HV HW von KUKA ausgestattet und verfügen über ein automatisches Brennerhalswechselsystem. „Durch den Einsatz von unterschiedlichen Brennerlängen gibt es kaum Einschränkungen bei der Zugänglichkeit am Kessel. Wir können heute wesentlich mehr Nähte automatisiert schweißen als zuvor“, freut sich der Fertigungsleiter. „Vor dem Schweißen wird zudem jeder Heizkessel mittels Lasersensor vermessen, mit dem programmierten Referenzkessel verglichen und bei Abweichungen lagerichtig ausgerichtet“, bemerkt noch Stremitzer.

Zudem wird, wie in den Heftzellen, ein automatisches Verschleißteilewechselsystem eingesetzt, das rechtzeitig die Stromdüse automatisch wechselt. Wird schließlich ein fertiggeschweißter Kessel per Knopfdruck zur Nacharbeit und Dichtheitsprüfung abgerufen, wird er automatisch überkopf auf einer Förderstrecke zum Nacharbeitsplatz befördert. „Dabei ist der Nachschweißanteil massiv gesunken“, so Heitzinger, der noch bemerkt: „Die neue Schweißautomatisierung bedeutet für die Mitarbeitenden zudem eine enorme Entlastung.“

Um dem Roboter stets die optimale Schweißposition zu bieten, sind die Zellen mit einem Zwei-Achs-Positionierer von KUKA ausgestattet.

In partnerschaftlicher Zusammenarbeit modernste Schweißautomatisierung realisiert: Andreas Stremitzer (ism-technic) und Patrick Heitzinger (Windhager).

Partnerschaftliche Zusammenarbeit

Den wesentlichsten Nutzen der neuen Schweißlinie sieht Windhager-Geschäftsführer Stefan Gubi in der Steigerung der Kapazität und Produktivität. „Eine geplante Steigerung in der Produktion von bis zu 40 Prozent ist mit der neuen Fertigungslinie absolut realistisch. Zudem können wir sehr flexibel und schnell auf Marktveränderungen reagieren und bei Bedarf in der Nacht auch mannarme Geisterschichten fahren.“

Abschließend möchte ism-Firmenchef Andreas Stremitzer nicht unerwähnt lassen, dass er es bei solch großen Projekten stets sehr zu schätzen weiß, auf einen starken Partner wie KUKA bauen zu können: „Als Systemintegrator mit unserer Größe wäre so eine komplexe Automatisierungslösung ohne Unterstützung von einem starken Roboterpartner wie KUKA nur sehr schwer möglich.“

Auch Stefan Gubi sieht in einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit auf Augenhöhe einen ganz wesentlichen Erfolgsfaktor: „Konsequente Kundenorientierung ist eines der Markenzeichen von Windhager. Das verlangen wir auch von unseren Partnern. Die Art und Weise, wie man an unsere Wünsche, Anforderungen, aber auch Probleme herangegangen ist, war vorbildlich. Vor Partnern wie ism und KUKA ziehe ich meinen Hut und freue mich auf eine gemeinsame, erfolgreiche Zukunft.“

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