Steigerung der Schweißnahtqualität: Wie das Skelex 360-Schweißen die Schweißtechnik revolutioniert
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Der Schweißerberuf ist bekanntermaßen sehr anspruchsvoll und mit einer außergewöhnlich hohen körperlichen Belastung verbunden, bedingt durch die eingeschränkte Körperhaltung und das hohe Gewicht der Schweißgeräte. Diese körperliche Belastung, insbesondere beim Arbeiten mit erhobenen Armen, kann mit der Zeit zu starker Muskelermüdung führen. Diese Ermüdung beeinträchtigt jedoch nicht nur das Wohlbefinden des Schweißers; es hat sich gezeigt, dass das Arbeiten mit erhobenen Armen über längere Zeiträume die Qualität der Schweißnaht selbst mindert.
Eine aktuelle Studie von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) hatte zum Ziel, genau zu verstehen, wie passive Schulterexoskelette die Schweißnahtqualität beeinflussen.
Die Ergebnisse liefern überzeugende Argumente für den Einsatz der Exoskelett-Technologie in industriellen Schweißumgebungen.
Die Fraunhofer-Studie: Der Skelex 360-Schweißprozess im Praxistest
Um die Auswirkungen von Exoskeletten zu untersuchen, beobachteten Forscher 15 gesunde, junge Berufseinsteiger mit Schweißerfahrung. Die Studie nutzte einen einstündigen Arbeitsablauf, der MAG-Schweiß- und Schleifarbeiten gemäß der Norm DIN EN ISO 9606-1 abstrahierte.
Die Teilnehmer wurden in zwei stark eingeschränkten, körperlich anstrengenden Positionen getestet:
PF-Position (Vertikal bergauf): Das Werkstück befindet sich vor dem Körper, wobei die Endposition etwas unterhalb der Augenhöhe liegt.
PE-Position (Überkopf): Das Werkstück wird über dem Kopf positioniert, etwa 300 mm vor den Augen.
Die Teilnehmer absolvierten den anspruchsvollen Arbeitsablauf zweimal in randomisierter Reihenfolge: einmal ohne Exoskelett und einmal mit einem passiven Schulterexoskelett. Das Skelex 360 XFR war eines der für diese Studie ausgewählten Oberkörperexoskelette, da es gezielte Unterstützung für Arbeitsabläufe vor und über dem Oberkörper bietet.
Das Ergebnis: Langsamer ist besser, und Unterstützung macht es möglich
Mithilfe von Augmented-Reality-Schweißsimulatoren wurden in der Studie verschiedene Kernparameter untersucht, die die Zulässigkeit einer Schweißnaht bestimmen. Dazu gehören der Werkstückwinkel, der Vorschubwinkel, der Abstand zwischen Schweißnaht und Werkstück (CTWD), die Ausrichtung und insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit . Die Vorschubgeschwindigkeit – also die Geschwindigkeit, mit der die Schweißpistole entlang des Werkstücks bewegt wird – hat einen großen Einfluss auf die Gesamtqualität und die Akzeptanz der Schweißnaht.
Die Ergebnisse waren hochsignifikant:
Front-of-Body (PF) Schweißen: Bei Verwendung eines Exoskeletts erhöhte sich der Qualitätsfaktor der Fahrgeschwindigkeit um 5,80%.
Überkopfschweißen (PE): Noch deutlicher waren die Ergebnisse bei Überkopfarbeiten, wo der Qualitätsfaktor der Fahrgeschwindigkeit durch den Einsatz eines Exoskeletts um 28,87 % anstieg.
Warum hat das Exoskelett einen so tiefgreifenden Einfluss auf die Reisegeschwindigkeit?
Die Forschungsergebnisse deuten direkt auf eine Reduzierung der Ermüdung hin. Laut der Studie führt das Beibehalten einer optimalen, konstanten Schweißgeschwindigkeit zu weniger Fehlern. Ohne ein unterstützendes Exoskelett beobachteten die Forscher jedoch einen beschleunigten Arbeitsprozess. Da die Schulter- und Nackenmuskulatur schneller ermüdete, versuchten die Schweißer, ihre Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen, nur um die Aufgabe abzuschließen und ihre Arme zu entlasten. Diese Eile führte letztendlich zu einer Verschlechterung der Schweißnahtqualität.
Die Daten bestätigten dies: Versuche mit Exoskelett dauerten im Durchschnitt 10,77 % länger in der PF-Position und 11,63 % länger in der PE-Position. Da die Schweißer physisch unterstützt wurden, verspürten sie keinen Zeitdruck, konnten die optimale Schweißgeschwindigkeit beibehalten und eine höhere Schweißnahtqualität erzielen.
Ununterbrochene Leistung
Die vielleicht aufschlussreichste Beobachtung der Studie war der Punkt der körperlichen Erschöpfung. Während der Versuche ohne Exoskelett erlebten mehrere Probanden eine so intensive und unangenehme Ermüdung der Schulter- und Nackenmuskulatur, dass sie ihre Aktivität vollständig unterbrechen und eine Pause einlegen mussten.
Im Gegensatz dazu musste kein Proband die Aufgabe unterbrechen, wenn er ein Exoskelett trug .
Fazit: Wer in den Schweißer investiert, investiert in die Schweißnaht.
Die Fraunhofer-Studie liefert eindeutige Beweise dafür, dass der Einsatz eines Exoskeletts bei kontinuierlichen Schweißarbeiten in erzwungener Körperhaltung äußerst vorteilhaft ist. Durch die Verzögerung des Ermüdungseintritts ermöglichen Geräte wie das Skelex 360 XFR Schweißern ein komfortables Arbeiten im optimalen Tempo, was sich direkt in einer statistisch signifikanten Steigerung der Schweißnahtqualität niederschlägt.
Für moderne Fertigungsanlagen ist die Einführung der Exoskelett-Technologie nicht mehr nur eine Frage des Arbeitskomforts, sondern ein messbarer Faktor für Produktqualität.
Ein besonderer Dank gilt den Forschern.
Wir möchten dem engagierten Forschungsteam hinter dieser wegweisenden Studie unseren aufrichtigen Dank aussprechen: Marco Schalk , Ines Schalk , Thomas Bauernhansl , Jörg Siegert , Alexander Esin und Urs Schneider .
Ihre sorgfältige Methodik und die Tests am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, der Universität Stuttgart und der Wilhelm-Maybach-Schule haben wertvolle, konkrete Daten zum Einfluss des Exoskelett-Einsatzes auf die Schweißqualität geliefert. Durch die erfolgreiche Quantifizierung des Zusammenhangs zwischen reduzierter körperlicher Ermüdung und verbesserter Schweißgeschwindigkeitsgenauigkeit leistet ihre Arbeit einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Fertigungsindustrie. Vielen Dank, dass Sie verdeutlicht haben, wie sich Investitionen in das Wohlbefinden der Mitarbeiter direkt auf die operative Exzellenz auswirken.
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