Artikel EGS Automation GmbH

Morat Swoboda Motion ist ein Joint Venture zwischen der Franz Morat Group und dem Automobilzulieferer Swoboda. Die Franz Morat Group zählt seit über 100 Jahren zu den Antriebstechnikspezialisten und fertigt alles vom Zahnrad bis hin zum kompletten Getriebemotor. Der rund 4.200 Mann starke Zulieferer Swoboda entwickelt und produziert hochpräzise, innovative Komponenten und Systeme für die automobile Zukunft.

Mit der Gründung des Joint Ventures stellen beide Unternehmen die Weichen Richtung e-Mobilität. Sowohl die Franz Morat Group als auch Swoboda haben bereits Erfahrung mit der Herstellung von Komponenten für Elektroantriebe. „Doch der erste gemeinsame Auftrag über die Lieferung von Verzahnungskomponenten für eBike-Motoren war nicht nur der größte in der Firmengeschichte der Franz Morat Group, sondern auch eine große Herausforderung für einen Mittelständler. Deshalb war das Joint Venture für alle Beteiligten die beste Lösung“, verrät Gesamtprojektleiter Stefan Mayer. 

Dieses hochflexible Fertigungskonzept hat einen weiteren entscheidenden Vorteil: Sollte eine der Maschinen oder einer der Roboter ausfallen, steht nicht wie bei einer starren Verkettung die komplette Linie, sondern es kann mit geringerer Ausbringleistung weiter produziert werden. 

Roboter für die Maschinenautomation

Jede Bearbeitungsmaschine verfügt über mindestens ein Ecoplex2-System und über mindestens einen Yaskawa Roboter. Dabei setzt EGS durchgängig auf einen Robotertyp: den bewährten Yaskawa MH12. Dieser Sechsachser ist wie geschaffen für die Maschinenbeschickung: Er ist schnell, präzise, unglaublich zuverlässig und hat eine große Reichweite. Dazu Pfalzgraf: „Dank der Reichweite des MH12 von 1.440 Millimetern können wir den Roboter in entsprechender Entfernung zur Werkzeugmaschine platzieren. Der entscheidende Vorteil dabei: Wir behalten freien Zugang zur Maschine, so dass Bediener Servicemaßnahmen oder notfalls sogar eine manuelle Beschickung ungehindert ausführen können.“

Nur in einem einzigen Fall musste EGS von der Verwendung des immer gleichen Robotertyps abweichen. Das komplizierte Be- und Entladen einer Bearbeitungsmaschine unter härtesten Taktzeitkriterien erfordert den Einsatz von zwei Sechsachsern. Die komplexe Aufgabe teilen sich hier ein MH12 sowie ein kleiner, kompakter MH5 LSII.

„Wir haben bereits einige Yaskawa-Roboter bei Framo Morat im Einsatz und mit diesen Maschinen immer nur beste Erfahrungen gemacht. Auch im Werk in Nowa Ruda wollten wir höchst zuverlässige Roboter. Da sind wir mit Yaskawa auf der sicheren Seite“, so Mayer.

Lean Production im wahrsten Sinne des Wortes

In der kompletten Fertigung mit 16 Yaskawa-Robotern und 20 SUMO Ecoplex 2-Systemen macht sich der hohe Automatisierungsgrad sowie die bedienerfreundliche Auslegung der gesamten Anlage bezahlt. Die Kommunikation zwischen Bearbeitungsmaschine und Roboter findet über die Yaskawa Steuerung DX200 statt.

Ein Thema steht in Nowa Ruda besonders im Fokus: die Qualität. Obgleich die Güte des Maschinenparks und der Roboter in Kombination mit einem sehr hohen Automatisierungsgrad für reproduzierbare Qualität steht, finden regelmäßige SPC-Prüfungen statt.

Mit einer Mischung aus Stolz und Erleichterung blickt Gesamtprojektleiter Mayer heute auf Nowa Ruda: „Der Anlauf des Werkes lief sehr gut. Alle Komponenten erfüllen die Erwartungen. Und sollte die Nachfrage nach Komponenten für eBikes wie prognostiziert stark steigern, können wir unsere hochflexible Fertigung einfach modular erweitern“, so Mayer.

Das zuvor beschriebene Greifwerkzeug benötigt einen Antrieb (Ventile für pneumatische Antriebe bzw. ein Servoverstärker für elektrische Greifer) oder einen Vakuumerzeuger für Vakuumgreifsysteme. Diese Einheiten werden meist auf der dritten Roboterachse (beim 6Achser) montiert, die für entsprechende Zusatzlasten ausgelegt ist.

In allen Fällen wird noch eine Versorgung mit Energie bzw. Steuersignalen sowohl zu den Antrieben, als auch von dort zu den eigentlichen Greifmodulen benötigt. Dabei handelt es sich um elektrische Leitungen oder Pneumatikschläuche. Hinzu kommen noch elektrische Leitungen um entsprechende Sensorik an den Greifwerkzeugen mit Energie zu versorgen und deren Ausgabesignale zurück zur Steuerung zu leiten. Diese gesamten Leitungen werden zum Medienpaket oder Schlauchpaket zusammengefasst und müssen entsprechend so verlegt werden, dass sie für alle erforderlichen Bewegungen des Roboters ausgelegt sind.

Die Medienversorgung von der ersten bis hoch zur dritten Roboterachse mit Luftleitungen bzw. elektrischen Adern ist in der Regel bei 6Achs-Robotern bis zu einem gewissen Maß bereits im Roboter standardmäßig verbaut.

Alles das ist bereits für das Aufnahmen/Ablegen eines Teils mit einem sogenannten 1fach Greifwerkzeug erforderlich. Dabei kommt insbesondere der Konstruktion und Ausführung der Greiferbacken eine für die Prozesssicherheit entscheidende Bedeutung zu. Zunächst müssen die Werkstücke sicher aufgenommen und positioniert werden. Gleichzeitig dürfen sie durch den Kontakt beim Greifprozess nicht beschädigt werden und drittens müssen Sie sicher und genau am Ablageort abgegeben werden.

Ebenfalls erheblich für die spätere Programmierung, Zugänglichkeit zum Prozess sowie zur Vermeidung von Problemen durch Singularitäten des Roboters ist der sogenannte Flansch. Er bestimmt, wie das Greifmodul geometrisch zum Roboterflansch angeordnet ist.

Sehr häufig werden mehrere Greifeinheiten bzw. Greifmodule in einem Greifwerkzeug verbaut. Dies kann mehrere Gründe haben.

Ein Beweggrund kann zum Beispiel sein, dass Bauteile unterschiedlicher Geometrie gegriffen werden sollen, die nicht mit einem Greifwerkzeug aufgenommen werden können.

Ebenso kann dies der Fall sein, wenn das Rohteil vor einer Bearbeitung sich so deutlich vom Fertigteil nach der Bearbeitung unterscheidet, dass die Einzelgreifer auf unterschiedliche Geometrien ausgelegt sein müssen.

Es kann aber auch schlicht und ergreifend der Sauberkeit eines Werkstückes dienen. Soll ein verunreinigtes Werkstück einem Reinigungsprozess zugeführt werden und danach wieder entnommen werden, wird oft ein Doppel-Greifwerkzeug mit einem Greifmodul für saubere und einem weiteren für die verunreinigten Bauteile verwendet.

Ein sehr häufiger Beweggrund für einen Doppel - oder Mehrfachgreifer in einem Handhabungsprozess ist die Reduzierung der Maschinenstillstandszeit und damit die Optimierung der Nebenzeit. Steht ein Fertigteil nach einer Bearbeitung in einem Prozess oder einer Maschine an der gleichen Position zur Abholung bereit, wo das unbearbeitete Rohteil abgelegt werden soll, muss das Fertigteil zunächst entnommen werden, bevor das Rohteil eingelegt werden kann. Hier können mit der Verwendung eines Doppelgreifwerkzeuges zwei Wege (aus der Maschine zum Werkstückspeicher und zurück) und damit teure Nebenzeit einer Maschine eingespart werden. Der Roboter bringt das neue Rohteil beim Einfahren in die Maschine gleich mit, nimmt mit dem leeren Greifmodul das Fertigteil, orientiert das Greifwerkzeug um, setzt das neue Rohteil in der Maschine ein und fährt aus und die nächste Bearbeitung beginnt.... (vollständigen Text über den Button "Mehr Info dazu")

...übernehmen dabei die unterschiedlichen Bewegungs-, Handhabungs- und Montageaufgaben. Das Gesamtsystem ist extrem kompakt in modularer Zellenbauweise aufgebaut. Die Temperaturaktivierung des Primers erfolgt in einem Durchlaufofen. Die Anlage ist für unterschiedliche Scheibenvarianten umrüstbar, innerhalb der Bauteilvarianten können verschiedene Glasvarianten verarbeitet werden.

Die Gesamtanlage ist aufgeteilt in drei Module: die Primerzelle, die Montage und Einlegezelle vor der Spritzgießmaschine sowie als Bindeglied zwischen beiden Modulen der Durchlaufofen.

In der Primerzelle werden, von zwei Roboterpaaren im Synchronbetrieb, jeweils zwei Scheiben parallel mit der Primerspur versehen. Dabei führt ein Roboter die Scheibe (Handhabungsroboter) und der zweite Roboter den Primerauftragskopf (Primerroboter). Durch die Synchromotionfunktion können Scheibe und Auftragskopf während des Auftrages ohne Unterbrechung umorientiert werden, während weiter die Bahn auf dem Werkstück abgefahren wird. Damit wird gewährleistet, dass Glas und Auftragskopf immer optimal zueinander positioniert sind. Primer wird dabei sowohl auf beiden Flächen sowie der Kante der Scheibe aufgetragen, überall dort, wo später der umspritzte Kunststoff am Bauteil haften soll. Zu den Primerroboterpaaren gehört eine speziell entwickelte und angepasste Dosiertechnik sowie entsprechende Einrichtungen zur Wartung des Primerkopfes.

Bereitgestellt werden die Scheiben in speziellen Rohteilwagen. Diese können außerhalb der Anlage vorbereitet und bestückt werden, anschließend werden sie in entsprechende Magazine eingeschoben. Leere Wagen können durch gefüllte Wagen im laufenden Betrieb ersetzt werden. Aus den Wagen entnehmen die Handhabungsroboter die Scheiben, richten sie in einer Ausrichtstation anhand der Bezugspunkte aus und stellen sie den Primerrobotern zum Auftrag zur Verfügung. Nach dem Primerauftrag legen die Handhabungsroboter die Scheiben im Einlaufbereich des Durchlaufofens ab.

Anfahrteile können über eine entsprechende Ausgabeschublade ausgegeben werden.

Alle werkstückberührenden Teile sind wechselbar ausgeführt und können damit, im Rahmen der geometrischen Grenzen der Anlage, gegen andere werkstückspezifische Wechselteile ausgetauscht und damit die Anlage umgerüstet werden. Um Rüstfehler zu vermeiden, werden die Wechselkomponenten über  entsprechende RFID-Codierungen abgefragt. Das Automatikprogramm kann nur gestartet werden, wenn die passenden Wechselteile gerüstet sind.

Im Durchlaufofen sind unterschiedliche Temperaturkennlinien einstellbar, je nach verwendetem Primer und erforderlicher Aktivierungstemperatur und Zeit. Sollte dies nicht erforderlich sein, kann der Ofen auch durch eine Übergabestation mit Puffer zum Trocknen des Primers ersetzt werden.

In der Montage- und Einlegezelle vor der Spritzgießmaschine werden alle Einlegeteile vereinzelt und vorpositioniert und zusammen mit den geprimerten und warmen Scheiben positionsgenau in das Werkzeug der Spritzgießmaschine eingelegt. Die fertig montierten und umspritzten PKW-Seitenscheiben werden paarweise über ein Förderbandsystem ausgegeben, wo sie vom Bedienpersonal entnommen und weiterverarbeitet werden können.

Bei den Einlegeteilen handelt es sich um unterschiedliche Werkstücke aus Kunststoff. Dabei werden kleine Teile wie zum Beispiel Pins, die für die spätere exakte Positionierung der Scheibe im Fahrzeug verantwortlich sind, oder Klammern, an denen später Zierleisten befestigt werden, aus Schüttgut über spezielle Zuführsysteme zugeführt und bereitgestellt. Ein Hilfs-Roboter nimmt mit einem speziellen Multifunktionsgreifwerkzeug die Einzelteile auf und setzt sie entsprechend der späteren Position im Spritzgießwerkzeug auf eine Übergabestation ab.

Größere und komplexere Einlegeteile werden in speziellen Magazinen bereits positioniert bereitgestellt und dort von einem zweiten Hilfsroboter mit entsprechendem Spezialgreifer abgeholt und ebenfalls positioniert entsprechend der späteren Position im Werkzeug auf der Übergabestation abgelegt.

Aus dieser Übergabestation holt der Einlegeroboter mit einem komplexen Multigreifwerkzeug mit mehreren Funktionsseiten alle Einlegeteile im Muster, wie sie ins Werkzeug eingelegt werden, ab. Danach übernimmt er die geprimerten Scheiben vom Auslauf des Ofens und richtet sie nochmals an den Bezugspunkten aus. Nach Öffnung des Werkzeuges entnimmt er die fertig montierten und umspritzten Scheiben und legt danach alle Einzelteile für den nächsten Spritzgußzyklus exakt auf Position im Werkzeug ein.

Auch in der Montage- und Einlegezelle sind alle werkstückberührenden Teile wechselbar ausgeführt und alle werkstückspezifischen Wechselteile codiert und werden nach dem Umrüsten, vor dem Start des Automatikprogramms, abgefragt um Rüstfehler zu vermeiden. Für die großen Greifer sind spezielle Greiferwagen realisiert, die in der Zelle angedockt werden und aus denen der Roboter die Wechselgreifer mittels eines automatischen Greiferwechselsystems selbstständig wechselt.

Eine übergeordnete Steuerung mit Bedientableau dient der Bedienung der Anlage und ist mit einem Fernwartungsmodul zur Statusabfrage bzw. Problemanalyse ausgerüstet.

Die Kommunikation mit der Spritzgießmaschine erfolgt über eine Euromap-Schnittstelle.

Die Anlage arbeitet vollautomatisch, Bediener müssen lediglich regelmäßig Scheiben, Primer sowie die Einlegeteile nachfüllen sowie die fertigen Scheibenpaare entnehmen.

KE Elektronik zählt mit seinen weltweit rund 3.000 Mitarbeitern zu den geschätzten Zulieferern der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Das Unternehmen, das Produktionsstandorte in Deutschland, Tschechien, Slowakei, Nordmazedonien, China und Mexiko unterhält, gehört zur amerikanischen Amphenol Corporation – einem führenden Hersteller von Steckverbindern.

Seit geraumer Zeit produziert das 300 Mann starke Unternehmen am Stammsitz KressbergMarktlustenau unter anderem Motorlüfterstecker, die sowohl in hybriden wie rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Bei diesen Steckern handelt es sich um sogenannte Kunststoff-Hybridbauteile, bei denen vier Metallkontakte mit drei unterschiedlichen Kunststoffen umspritzt werden.

„Die Herstellung dieser Stecker ist ein relativ komplexer Prozess, der an eine Vielzahl von Prüfschritten sowie eine lückenlose Rückverfolgbarkeit gekoppelt ist. Um hier der permanent steigenden Nachfrage bei dem bestehenden Fachkräftemangel gerecht werden zu können, war eine intelligente Automatisierungslösung gefragt“, so Jens Gradenegger, Teamleiter Spritzgießautomation bei KE Elektronik.

Ein überaus anspruchsvolles Projekt

Mit der Maßgabe, zwei Stanz-Biege-Einheiten und zwei Arburg Spritzgießmaschinen so zu automatisieren und zu verketten, dass die resultierende Fertigungsinsel einen Output von mehreren Millionen Stecker pro Jahr erreichen kann, wandte sich KE Elektronik an die EGS Automation GmbH aus Donaueschingen. „Wir hatten bereits gute Erfahrungen mit EGS gemacht und waren uns sicher, man würde uns auch in diesem Fall eine prozesssichere Lösungen anbieten können“, so Jens Gradenegger. 

EGS wäre nicht EGS, hätte man keine perfekte Automation für die komplexe Aufgabenstellung gefunden. „Wir stellen gerne unser Know-how bei anspruchsvollen Projekten unter Beweis und hier hatten wir tatsächlich reichlich Gelegenheit dazu. In enger Zusammenarbeit mit KE ist es gelungen, auf 15 x 6 Meter eine Fertigungsinsel zu konzipieren, die mit sechs Yaskawa-Robotern, jeder Menge Handhabungs- und Prüftechnik und einem SUMO Ecoplex2 Palettiersystem sämtliche Anforderungen umzusetzen“ so EGSProjektleiter Hartmut Pfalzgraf.

Die komplette Linie ist übersichtlich in vier Module gegliedert und besticht durch ihr klares Layout. Um die Taktzeitvorgaben von unter zehn Sekunden pro Stecker sowie eine maximal hohe Verfügbarkeit zu garantieren, kommen nur hochwertigste Komponenten zum Einsatz. Ebenso ist auf eine gute Zugänglichkeit aller Anlagenteile geachtet. Und so sieht die Anlage in der Praxis aus:

Modul I: Bereitstellung der Steckerpins

Zwei Stanz-Biege-Einheiten sorgen für die kontinuierliche Bereitstellung der Steckerkontakte. Während auf der einen Linie Signal-Pins hergestellt werden, produziert die andere Power-Pins. An jeder Stanz-Biege-Einheit ist ein Yaskawa GP7 mit mechanischem Greifer, ausgestattet mit integrierter Sensorik und um 25 Grad 3 geneigt, installiert. „Mit der Schrägstellung des Roboters ist es uns gelungen, die benötigte Drehung von der Entnahme- zur Einlegeposition komplett über die S-Achse zu realisieren, um so die Taktzeit auf ein Minimum zu reduzieren“, so Hartmut Pfalzgraf. Ein technischer Kniff, der die Erfahrung von EGS aus über 2.000 Roboterinstallationen widerspiegelt. Die beiden Sechsachser entnehmen an ihrer Linie jeweils zwei Kontakte und positionieren diese in einem Werkstückträger mit vier Aufnahmen, von der jede wiederum mit vier Kontakten bestückt werden muss. Nach vier Arbeitszyklen haben die beiden Sechsachser die vier Aufnahmen komplett bestückt und die Werkstückträger erreichen ihre Entladeposition, an der sie der Yaskawa GP50 von Modul II in Empfang nimmt.

Modul II: Komplexe Handhabungsprozesse mit dem GP50

Herzstück von Modul II ist eine 2K-Spritzgießmaschine von Arburg, auf der zwei Kunststoffe gleichzeitig verarbeitet werden. Im ersten Schuss erfolgt mit dem oberen Werkzeug der SGM eine Formumspritzung, die die Kontakte exakt in der gewünschten Lage fixiert. Die entstandenen Kontaktträger werden dann im zweiten Schuss mit dem unteren Spritzgießwerkzeug zu einem Anschlussstecker umspritzt.

Sämtliche Be- und Entladeprozesse dieser SGM fallen in den Aufgabenbereich eines Yaskawa Sechsachsers GP50, an dem ein 36 kg schweres Dreifach-Greifsystem montiert ist. Der Roboter ist mit 2.061 Millimetern Reichweite und einer Traglast von 50 kg perfekt für diese Aufgabe geeignet. Das Aufgabenspektrum des Sechsachsers ist sehr komplex. Zunächst muss der Roboter die SGM entladen, ehe er sie mit neuen Kontakten bestücken kann. Dazu muss der Sechsachser die fertig umspritzten Anschlussstecker aus dem unteren Werkzeug entnehmen, die Vorspritzlinge aus dem oberen ins untere Werkzeug umsetzen und abschließend das jetzt leere obere Werkzeug mit den 4x4 Stanzbiegekontakte aus dem WT von Modul 1 bestücken. 

„Um die geforderte Präzision beim Greifen erreichen zu können, dockt der Roboter vor dem eigentlichen Handhaben über einen Zentriergreifer an den Werkzeugen an. Um dennoch die Werkzeugoffenzeit möglichst kurz zu halten, reizen wir die vorbildliche Dynamik des GP50 komplett aus“, verrät Jens Gradenegger. Abschließend steht das Ablegen der umspritzten Stecker auf einem weiteren Werkstückträger auf dem Programm. Über ein Transfersystem gelangt der Werkstückträger mit insgesamt acht Steckern von Modul II zu Modul III.

Modul III: spezielle LSR-Umspritzung

Der wesentliche Prozessschritt im Modul drei besteht aus einer LSR-Umspritzung der Stecker, die ebenfalls auf einer Arburg Spritzgießmaschine stattfindet. Der Vorteil dabei: Durch das Umspritzen der Stecker mit einer Silikonlippe kann eine separate Dichtung entfallen und somit auf ein zusätzliches Bauteil, das Probleme bei der Montage verursachen könnte, verzichtet werden. 

Im Modul III kommt ebenfalls ein Yaskawa GP50 zum Einsatz, dessen Arbeitsinhalt aber nicht ganz so komplex ist wie der seines Kollegen in Modull II. Der Roboter entnimmt die 2x4 Stecker aus dem WT und prüft deren Temperatur vor einer Wärmebildkamera. Nur wenn die Temperatur im definierten Fenster liegt, sind die Teile für den nächsten Spritzgießprozess geeignet und der Roboter legt sie in das Werkzeug ein. Auch hier steht vor der Bestückung der Spritzgießmaschine zunächst die Entnahme der acht Fertigteile. Damit bestückt der GP50 ein 2-fachShuttle, das dann insgesamt 16 Teile zum letzten Modul bringt. 

Modul IV: prüfen, prüfen, prüfen

An Modul IV kommt ein weiterer Yaskawa GP7 zum Einsatz, dessen Aufgabe darin besteht, die Fertigteile aufzunehmen und an einen Rundschalttisch zu übergeben. „Auf diesem Rundschaltisch befinden sich diverse Prüfstationen sowie eine Montagestation, die mit einem Yaskawa Scara-Roboter des Typs SG650 ausgestattet ist. Hier ist es uns gelungen, auf äußerst kompakten Raum wirklich viele Prozesse zu integrieren“, freut sich Jens Gradenegger. Tatsächlich dreht sich in diesem Modul alles um die Qualitätssicherung. Zu beginnt steht eine Durchgangs- und Hochspannungs-Prüfung an, daran schließt sich eine Pinpositionskontrolle mit einem Triangulationslaser an, es folgt eine Kamerainspektion der LSR Umspritzung, ehe das Bauteil über einen Kennzeichnungslaser mit einem Data Matrix Code versehen wird, der eine hundertprozentige Rückverfolgbarkeit sicherstellt. Anschließend wird auch der DMC geprüft.

Hat das Bauteil den kompletten Prüfungsmarathon als Gutteil bestanden, erfolgt abschließend die kraftmomentengeregelte Montage einer Schutzkappe, die der Yaskawa SCARA SG 650 übernimmt. „Dass Yaskawa seit geraumer Zeit nun auch Vierachs-Roboter anbietet, hat sich hier als großer Vorteil erwiesen. So konnten wir die komplette Anlage mit Robotern eines Herstellers ausrüsten und steuerungsseitig in der Yaskawa-Welt bleiben“, betont Jens Gradenegger. 

Während der SCARA nicht bis an seine Grenzen gefordert ist, sieht die Sache beim GP7 anders aus: „Der Sechsachser ist der taktzeitkritische Roboter, denn er bestückt nicht nur den Rundschalttisch, sondern legt die Fertigteile abschließend in einem SUMO Ecoplex2, dem Topseller unter den EGS Palettiersystemen, in Trays ab.

Hier mussten wir sämtliche Register ziehen, um unsere Taktzeitvorgaben nicht zu gefährden. So ist der Roboter unter anderem mit einem 2+2- fach Greifsystem ausgestattet, um die Anzahl der Fahrbewegungen reduzieren zu können“, so Hartmut Pfalzgraf. 

Die Anlage läuft seit September 2021 im Dreischichtbetrieb und erfüllt die Erwartungen seitens KE in vollem Umfang, wie Jens Gradenegger versichert: „EGS hat von der Planung bis zur Inbetriebnahme wirklich eine ausgezeichnete Leistung abgeliefert. In vielen Detaillösungen profitieren wir von der Expertise der EGS-Konstrukteure. Hinzu kommt die sprichwörtliche Zuverlässigkeit der Yaskawa-Roboter, die wir hier bei KE besonders schätzen.“

Die E.WEHRLE GMBH ist ein Familienunternehmen in fünfter Generation, das einerseits die Durchflussmesstechnik sowie Präzisionsteile aus Kunststoff als die beiden Säulen des eigenen Erfolges beschreibt. In der Business Unit "Precision Plastics" bietet man das komplette Spektrum für die Fertigung von Präzisionsteilen von der Entwicklung über den Werkzeugbau, die Fertigung und Montage bis hin zur Qualitätskontrolle und Prüfung. In der Business Unit "Metering" werden Durchflussmesseinrichtungen für Wasser und Wärme entwickelt und hergestellt, inklusive der immer mehr an Bedeutung gewinnenden Möglichkeit smarter Funktionen.

Entwickelt und realisiert wurde die Automation als Turnkey-System von der EGS Automation GmbH aus Donaueschingen im Schwarzwald-Baar-Kreis. Das Unternehmen ist seit 1996 im Bereich der industriellen Automation aktiv und setzt dazu seit 1999 Industrieroboter ein. Die Kunden profitieren dabei von der Erfahrung aus mehr als 1750 installierten Robotern in 20 Jahren. Neben der Automatisierung von Werkzeugmaschinen gibt es eine langjährige Expertise im Bereich der Automation der Herstellung von anspruchsvollen Kunststoffhybridbauteilen inklusive aller dabei erforderlichen Prozessschritte.

Das eingangs bereits beschriebene Flügelrad besteht aus einer Metallwelle, die in einer Kunststoffspritzgießmaschine 4fach umspritzt wird und in die nachfolgend ein Rundmagnet eingepresst wird, bevor es vollautomatisch in Werkstückträger verpackt und diese abgestapelt werden. Der Anlagenzyklus liegt bei 24 Sekunden, so dass die Anlage alle 6 Sekunden ein fertig montiertes Teil herstellt.

Die Werkstückhandhabung teilen sich zwei Roboter, ein sechsachsiger Yaskawa MH12 als Hauptroboter mit speziellem Doppel-4fach-Greifwerkzeug und ein vierachsiger Epson Scara LS6 mit 1fach-Greifer als Hilfsroboter. Die Steuerung der gesamten Automation, die Schnittstelle zur Maschine sowie die Bedienung der Anlage erfolgt über die leistungsfähige DX200-Steuerung des Yaskawa-Roboters mit ihrem mobilen Bedienhandgerät.

Da die Werkstücke 4fach gespritzt werden, müssen die Einlegeteile -die Wellen- aus Schüttgut vereinzelt und im Kavitätenabstand des Spritzwerkzeuges positioniert bereitgestellt werden. Dazu kommt ein Vibrationswendelförderer mit entsprechender Bereitstellungseinheit zum Einsatz, der die Wellen zunächst aus Schüttgut vorvereinzelt und sie dann lagerichtig bereitstellt. Von dort holt der Hauptroboter mit seinem Spezial-Greifwerkzeug die vier Einlegeteile ab und fährt zur Kunststoffspritzgießmaschine. Nachdem die SGM das Werkzeug geöffnet hat, werden zunächst die vier umspritzten Wellen sowie der Anguss auswerferseitig entnommen und danach die vier Einlegeteile auf der Düsenseite positionsgenau eingelegt. Dieser komplette Be- und Entladevorgang ist in weniger als vier Sekunden abgeschlossen. Dazu ist ein sehr genauer und schneller Roboter mit kurzen Positionierzeiten sowie ein speziell konstruiertes Greifwerkzeug mit zwei gegenüberliegenden Funktionsseiten erforderlich, um die Werkzeug-Offenzeit so gering wie möglich zu halten. Wie bei allen Automationen, bei denen der eigentliche Herstellungsprozess bereits maximal optimiert ist, wird hier versucht jede Zehntelsekunde zu optimieren. Je kürzer der Spritzgießprozess selbst ist, umso relevanter wird die Zeit für das Be- und Entladen für den Gesamttakt und damit schlussendlich für die Ausbringung der Anlage.

Nach dem Ausfahren wirft der Roboter zunächst den Anguß in einen separaten Behälter ab. Danach setzt er die vier umspritzten Teile in die Montagestation für die Magnete ab, um dann seinen Zyklus zu wiederholen.

In der Montageeinheit werden vorbereitend und taktzeitparallel die Magnete aus entsprechenden Rohrmagazinen vereinzelt. Das ist nicht ganz trivial, da der Magnetismus der Teile dem Vereinzeln und der genauen Positionierung entgegenwirkt. Auf die umspritzten Wellen werden nun die Rundmagnete 4fach in einem Arbeitsgang eingepresst. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Genauigkeit beim Einpressen war hier eine sehr enge und partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen Kunde mit seinem Werkstück-Knowhow und Lieferant der Automation erforderlich.

Nach Abschluss des Einpressvorgangs ist der Hilfsroboter am Zug, er muss die fertigen Flügelräder nacheinander 1fach orientiert in spezielle Werkstückträger einsetzen. Die leeren Werkstückträger werden über einen SUMO Ecoplex2, ein standardisiertes Palettiersystem aus dem Hause EGS, aus Stapeln zugeführt und nach vollständiger Füllung wieder abgestapelt. Im Palettierer gibt es zwei Wagen, vom einen werden die leeren Werkstückträger bereitgestellt auf dem zweiten werden die Fertigteile abpalettiert. Die Wagen können schnell und mit wenigen Handgriffen vom Bediener ohne Unterbrechung des Fertigungsablaufs gewechselt werden. Die automatisierungsgerecht palettierten Fertigteile werden nachfolgend in einer separaten Montageanlage aus diesen Werkstückträgern automatisch entnommen und montiert.

Die Teile werden auf einer Arburg-Maschine umspritzt, die Kommunikation erfolgt über die genormte EUROMAP-Schnittstelle. Das Greifwerkzeug des Hauptroboters kann durch Einsatz eines manuellen Werkzeugwechselsystems schnell und mit wenigen Handgriffen gewechselt werden, sodass eine Umrüstung auf andere Werkstückvarianten ein Kinderspiel ist.

Die Zusammenarbeit zwischen EGS und WEHRLE begann im Jahr 2008, seitdem wurden 11 Roboteranlagen zur Automatisierung unterschiedlichster Prozesse geliefert. Die Anlage ist eine Weiterentwicklung einer bereits 2009 realisierten, ähnlichen Anlage. Sie wurde erforderlich um zusätzliche Fertigungskapazitäten abdecken zu können. Die Spritzgießmaschine war eine Gebrauchtmaschine und wurde in die neue Automation integriert. Die Anlage wurde Anfang 2019 geliefert und läuft nach der Inbetriebnahme und einer kurzen Optimierungsphase seither zuverlässig und prozesssicher.

Ralph Wehrle, im Prozessegineering des Unternehmens beschäftigt und kundenseitig Ansprechpartner für EGS bei diesem Projekt, freut sich: "Wir konnten auf einem bewährten Grundkozept der bestehenden Anlage aufbauend Optimierungen und Erweiterungen planen und realisieren und haben unter Einsatz einer gebrauchten SGM eine sehr zuverlässige und bedienerfreundliche Automation realisiert".

Anspruchsvolle Herstellungsprozesse von Kunststoffspritzgießteilen sind die Kernkompetenz der Weißer & Grießhaber

GmbH aus Mönchweiler, nahe der Kreisstadt Villingen-Schwenningen im Schwarzwald-Baar-Kreis gelegen.

„Exzellenz in Kunststoff“ lautet das Motto, und bei einem Rundgang durch das 1969 gegründete Familienunternehmen wird sofort klar, dass dies gelebte Praxis ist. Mit fast 100 Kunststoff- Spritzgießmaschinen im Schließkraftbereich von 15 bis 280 Tonnen fertigen rund 270 Mitarbeiter mehr als 700 Millionen Kunststoffteile im Jahr.

Mit einem eigenen Formenbau als Basis werden, gemeinsam mit den Kunden, präzise Lösungen für die Automobil-, Gebäude-, und Sanitärindustrie sowie für die Bereiche Industrie- und Konsumgüter entwickelt und hergestellt. Die technologischen Kompetenzen erstrecken sich auf die Bereiche Verzahnung und Getriebetechnik, Hybrid- und Mehrkomponententechnik, Mikrofilter und Dünnwandtechnik, Linsen und optische Teile sowie die Montage- und Automationstechnik.

Mit mehr als 20 Auszubildenden, immerhin fast 10 Prozent der Mitarbeiterzahl trägt man der Verantwortung zur Ausbildung des Nachwuchses Rechnung.

Die technisch anspruchsvollen Kunststoffteile werden als Einzelteile oder Baugruppen in großen Stückzahlen, meist hoch automatisiert um die erforderliche Ausbringung und Qualität sicherstellen zu können, produziert.

Doch zurück zum eingangs beschriebenen Fertigungsprozess. Gefertigt wird auf der Anlage ein Dünnwandspritzgussteil für industrielle Anwendungen. In einem Schuss werden gleichzeitig 32 Teile gespritzt.

Die Automationsanlage besteht aus einem High-Speed-Entnahmehandling, welches mittels eines Linearmotors die

erforderliche Dynamik und Genauigkeit erreicht. Ein spezielles 32fach Greifwerkzeug ist für die präzise, und dynamische Entnahme der 32 Werkstücke verantwortlich. Komplettiert wird die Anlage durch ein spezielles Ablagesystem zur nestgetrennten Ablage der Bauteile, einem Bildverarbeitungs-Prüfsystem, einer Laminarflowbox zur Sicherstellung der notwendigen Sauberkeit in der Anlage sowie einem System zur Ionisierung der Bauteile nach der Entnahme um statische Aufladung zu vermeiden.

Nach dem Ende eines Spritzgießzyklusses und der Öffnung des

Werkzeuges erfolgt die hochdynamische Entnahme. Innerhalb der

Werkzeugöffnungszeit von 0,74 Sekunden fährt das High-Speed-

Handling ein, entnimmt die Werkstücke aus dem Werkzeug mittels

Vakuum und verlässt den Werkzeugbereich der Maschine wieder.

Daraufhin wird in einer Prüfung mittels einer Hochgeschwindigkeits-Bildverarbeitung ermittelt, ob alle Bauteile im Greifer vorhanden und somit entnommen sind. Ebenso erfolgt mit dem gleichen System vor der Entnahme die Prüfung, ob auch tatsächlich alle 32 Entnahmepositionen des Greifwerkzeuges leer sind. Diese Prüfungen sind erforderlich, um das wertvolle und empfindliche Spritzgießwerkzeug vor Beschädigungen zu schützen, die entnommene Teileanzahl sicherzustellen sowie Deformationen an einzelnen Teilen zu erkennen und diese sicher von den Gutteilen zu trennen.

Anschließend werden die Bauteile nestgetrennt abgelegt. Dies erfolgt durch das Ablegen in eine 32fach Rohrkulisse, über die die Bauteile fein säuberlich auf 32 Fächer in einer Fertigteilschublade aufgeteilt werden. Bei der Übergabe der Teile vom Greifwerkzeug in die Rohrkulisse erfolgt eine Ionisierung der Werkstücke um eine statische Aufladung zu vermeiden. Die Anlage bietet zwei Fertigteilschubladen mit je 32 Fächern, über die die Rohrkulisse wahlweise verschoben werden kann, so ist das Leeren einer Schublade ohne Unterbrechung des Fertigungsablaufs möglich. Je Schublade bietet die Anlage eine Autonomie von 12 Stunden, so dass durch die Automation nur sehr selten ein Bediener zur Entnahme und Verpackung der Fertigteile erforderlich ist.

Darüber hinaus ist die komplette Anlage verschiebbar ausgeführt um die Zugänglichkeit zur Netstal-Spritzgießmaschine mit 80 Tonnen Schließkraft und zum Werkzeug für Rüst- und Einrichtvorgänge zu gewährleisten.

Die beschriebene Anlage ist seit 2013 dreischichtig in Betrieb und ist bereits das dritte baugleiche System, das EGS Automatisierungstechnik an die Weißer & Grießhaber GmbH geliefert hat.

Herr Steffen-Schade, bei Weißer & Grießhaber verantwortlich für den Bereich Filter äußert sich daher auch sehr zufrieden: „ Uns ist bewusst, dass wir mit den hohen Anforderungen an Zykluszeit und Qualität sehr anspruchsvolle Vorgaben haben. Die Anlagen sind dabei jedoch sehr zuverlässig und insbesondere sehr einfach in der Bedienung. Die ultraschnelle Entnahme gepaart mit der zuverlässigen Prüfung stellen die erforderlich Ausbringung und Qualität sicher.“

Mit fast 100 Kunststoff-Spritzgießmaschinen im Schließkraftbereich von 15 bis 280 Tonnen fertigen rund 270 Mitarbeiter mehr als 700 Millionen Kunststoffteile im Jahr. Mit einem eigenen Formenbau als Basis werden, gemeinsam mit den Kunden, präzise Lösungen für die Automobil-, Gebäude-, und Sanitärindustrie sowie für die Bereiche Industrie- und Konsumgüter entwickelt und hergestellt. Die technologischen Kompetenzen erstrecken sich auf die Bereiche Verzahnung und Getriebetechnik, Hybrid- und Mehrkomponententechnik, Mikrofilter und Dünnwandtechnik, Linsen und optische Teile sowie die Montage- und Automationstechnik.

Das 1969 gegründete, moderne Familienunternehmen bildet derzeit mehr als 20 junge Menschen in unterschiedlichsten Berufen aus. Die technisch anspruchsvollen Kunststoffteile werden als Einzelteile oder Baugruppen in großen Stückzahlen produziert, meist hoch automatisiert um die erforderliche Ausbringung und Qualität sicherstellen zu können.

Ein typisches Beispiel dafür ist die nachfolgend beschriebene Anlage zur Herstellung und Prüfung eines hochpräzisen Hybridbauteils für die Gebäudetechnologie. In der Anlage, die seit 2009 zuverlässig im 3Schichtbetrieb an 5-7 Tagen in der Woche produziert, werden die Werkstücke vollautomatisiert gefertigt, geprüft und in kundeneigene Werkstückträger verpackt. Drei Roboter sorgen für einen verlässlichen und präzisen Fertigungsablauf. Die Werkstücke werden in einer Arburg-Spritzgießmaschine mit 250 Tonnen Schließkraft gespritzt. Die Roboterfamilie besteht aus einem 6Achs-Roboter von Yaskawa, dem Motoman HP20 mit 20kg Traglast und rund 1700mm Reichweite sowie zwei vierachsigen Scara-Robotern mit 850mm Reichweite, ebenfalls von Yaskawa. Dies gewährleistet eine einheitliche Bedien- und Programmieroberfläche über die unterschiedlichen Kinematiken hinweg.

Die Prüfungen der relevanten Eigenschaften erfolgen auf einem Rundtakttisch. Die geprüften Fertigteile werden in Werkstückträgern verpackt, die in einem speziellen Palettiersystem bevorratet und gestapelt werden. Vervollständigt wird die Anlage durch eine Stanze in der die einzulegenden Kontakte mit einem, aus Schüttgut bereitgestellten, Kunststoffclip verpresst und positioniert bereitgestellt werden. In der Stanze werden die zu umspritzenden Kontakte vom Coil abgewickelt, aus dem Band ausgestanzt und danach mit einem Kunststoffclip verpresst, der mittels eines Vibrationswendelförderers zugeführt und positioniert wird. Der Clip sorgt für eine definierte und konstante Lage der Kontakte zueinander. Diese Baugruppe wird am Auslauf der Stanzeinheit positioniert bereitgestellt und vom ersten Scara-Roboter (Roboter1) entnommen. Da die Bauteile in einem Spritzgießwerkzeug mit vier Kavitäten gefertigt werden, legt dieser Roboter die Unterbaugruppen im Nestabstand der Kavitäten in einer Übergabestation exakt positioniert ab.

Von dort werden die Einlegeteile 4fach vom 6Achs-Roboter (Roboter2) entnommen, der damit zur Spritzgießmaschine (SGM) fährt und auf das Öffnen des Werkzeuges wartet. Die Einlegeteile werden dabei sicher und präzise auf einer Funktionsseite des speziellen Doppel-4fach-Greifwerkzeuges aufgenommen. Die richtige Lage und das Vorhandensein werden sensorisch abgefragt und sichergestellt. Nach Beendigung des Spritzzyklus der SGM und Öffnung des Werkzeuges fährt der Roboter in die Form und entnimmt mit der zweiten Funktionsseite des Robotergreifwerkzeuges die vier Fertigteile aus der Auswerferseite des Werkzeuges. Die Entnahme wird durch entsprechende Sensoren im Greifwerkzeug sichergestellt, um Beschädigungen am Spritzgießwerkzeug sicher zu vermeiden. Danach legt der Roboter die Einlegeteile düsenseitig in das Werkzeug ein und fährt wieder aus der Maschine heraus. Dieser Vorgang muss einerseits hochpräzise erfolgen, um die Qualität der Werkstücke zu gewährleisten, andererseits schnellstmöglich ablaufen, um die „Werkzeugoffen-Zeit“ so gering wie möglich zu halten und die Maschine bestmöglich auslasten. Roboter2 legt nun das entnommene Werkstückquartett in eine zweite 4fach-Übergabestation ab.

Jetzt kommt der zweite Scara-Roboter (Roboter3) zum Zug. Er übernimmt die fertigen Werkstücke einzeln aus der Übergabestation und setzt sie auf den Rundtakttisch ab. Auf diesem Rundtakttisch werden nacheinander folgende Prüfungen durchgeführt: Zunächst prüft ein Bildverarbeitungssystem das Vorhandensein der Kontakte, sowie mehrerer Freisparungen, die für die spätere einwandfreie Montage des Werkstückes beim Kunden von essenzieller Bedeutung sind. Nachfolgend wird in der nächsten Station des Rundtakttisches mittels eines Multi-Messtasters die Länge der freistehenden Kontakte in Bezug zu einer Referenzkante geprüft. Im nächsten Takt des Drehtisches erfolgt eine Hochspannungs- und Durchgangsprüfung, die sicherstellt, dass einerseits alle Pins vorhanden sind und gleichzeitig die einzelnen Kontakte im Kunststoffwerkstück ausreichend gegeneinander isoliert sind und kein Kurzschluss besteht oder entstehen kann. Nach einer Reservestation des Rundtakttisches, an der bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt weitere Prüfungen implementiert werden können, werden die Werkstücke, die alle Prüfungen bestanden haben als i.O. markiert. Nachfolgend entnimmt Roboter3 die Fertigteile vom Rundtakttisch. Werkstücke die eine der vorgenannten Prüfungen nicht bestanden haben werden über eine Ausschuss-Rutsche verlässlich ausgeschleust.

Die fertigen Bauteile werden vom Roboter3 nun in die kundeneigenen Werkstückverpackungen abgelegt. Die Handhabung dieser Werkstücktrays aus dem Palettiersystem und zurück dorthin ist eine Zusatzaufgabe von Roboter2, die er mittels eines Traygreifwerkzeuges, welches stirnseitig am Doppel-4fachgreifer montiert ist, zwischendurch erledigt. Er entnimmt leere Trays aus dem Palettiersystem, stellt sie Roboter3 zum Befüllen auf einer entsprechenden Station bereit und stellt die fertig befüllten Werkstückträger auf dem Fertigteilstapel des Palettiersystems ab.

Die sichere und zuverlässige Bereitstellung und Vereinzelung der wiederverwendbaren Kundentransportverpackungen ist wegen deren Labilität eine herausfordernde Aufgabe. Der Anlagenbediener stellt diese in Stapeln zu 16 Trays in den Palettierer, jeder Werkstückträger fasst dabei 16 Teile, das Palettiersystem puffert fünf dieser Stapel und bietet so eine sehr große Werkstückautonomie.

Die zuverlässige und problemarme Anlage erfordert daher nur wenig Personaleinsatz und fertigt vollautomatisch und zuverlässig seit ihrer Installation 2009 hochpräzise Kunststoffhybridteile, ganz nach dem Unternehmensmotto „Exzellenz in Kunststoff“. Heiko Schwer, bei Weißer + Grießhaber verantwortlich für den Bereich Großanlagen ist demzufolge auch vollauf zufrieden: „Um die hohen Qualitätsanforderungen und Erwartungen an Liefertreue und -pünktlichkeit zu erfüllen, benötigen wir genau solche Fertigungsanlagen. Die Anlage arbeitet seit ihrer Installation zuverlässig und akkurat. Erstaunlich ist dabei der niedrige Wartungsaufwand für die Roboter, die seitdem im 3-Schicht-Betrieb im Einsatz sind. Das spart einerseits Kosten und die geringen Stillstandszeiten gewährleisten uns darüber hinaus eine sehr hohe Produktivität“.

In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass die Rohteile unsortiert aufgereiht angeliefert werden. Nach dem Bearbeitungsprozess sollen die Fertigteile positioniert in Werkstückkörbe abgelegt werden, die wiederum aufgestapelt auf Bodenrollern in der Automation bereitgestellt werden. Eine ambitionierte Taktzeit, in die noch ein Prüfprozess zu integrieren ist, komplettiert die anspruchsvolle Aufgabenstellung.

Für die Palettieraufgabe wurde ein SUMO Ecoplex2 eingesetzt, in dem die kundeneigenen Bodenroller mit den gestapelten Werkstückkörben bestückt und gestapelt werden. Damit war eine Teilaufgabe erfüllt: die Fertigteile in die kundeneigenen Werkstückkörbe positioniert abzulegen und diese für die Weiterverarbeitung auf den Bodenroller zu palettieren.

Die positionierte Bereitstellung der unbearbeiteten Werkstücke, die von den Bedienern durch Abschieben von Transportstäben zugeführt werden, wurde mittels eines SUMO Flexiplex realisiert. Somit kann das System mit minimalem Personalaufwand bedient werden und über einen längeren Zeitraum autonom arbeiten.

Die Werkstückzufuhr ist beim SUMO Flexiplex schnell und einfach auf Werkstücke unterschiedlicher Durchmesser umrüstbar. Mehrbahnig werden die unbearbeiteten Werkstücke zugeführt. Die Breite der Zuführbahnen ist einfach manuell über eine zentrale Handverstellung für alle Bahnen gleichzeitig auf den jeweiligen Werkstückdurchmesser einstellbar.

Das Ergebnis ist eine Automationslösung, die aus dem Zusammenführen zweier bereits vorhandener Standardlösungen besteht:

Für die Werkstückzufuhr der flexible und schnell umrüstbare SUMO Flexiplex und für die Werkstückspeicherung und Palettierung der kompakte und bewährte SUMO Ecoplex. Für die gesamte Werkstückhandhabung in der Automation wurde ein 6achsiger Industrieroboter mit mm Reichweite und 6kg Traglast eingesetzt.

Im automatisierten Fertigungsablauf werden die Werkstücke von den Transportstäben durch den Bediener auf die Zuführbahnen des Systems geschoben. Das Zuführsystem bietet je nach Bearbeitungszeit eine Autonomie von mehreren Stunden. Der Roboter entnimmt ein Rohteil aus der Zuführung und legt es in eine integrierte Prüfstation ein, in der die korrekte Lage, der korrekte Teiletyp und die Teile auf Wiederverzahnung überprüft werden, bevor das Werkstück auf einer Übergabestation dem Bearbeitungsprozess zugeführt wird.

Aus dieser Übergabestation entnimmt der Maschinen-Lader das neue Rohteil, nachdem er zuvor das letzte Fertigteil darin abgelegt hat und bringt das neue Rohteil in die Wälzfräsmaschine.

In der Maschine werden die Planetenräder auf einem selbstzentrierendem Spannsystem aufgenommen und mit Schnittgeschwindigkeiten von bis zu m/min verzahnt und gleichzeitig mit einer Scheibe entgratet.

Dank eingespielter Zusammenarbeit von hochdynamischen Maschinenachsen, Ladeeinheit und Roboter ist es möglich, eine gesamte Zykluszeit (Boden-Bodenzeit) von lediglich 7.5 Sekunden zu erreichen.

Nach dem Bearbeitungsvorgang legt der Roboter das Fertigteil an eine freie Position im Fertigteilkorb ab. Die Fertigteilkörbe werden der Automation leer - auf Bodenrollern gestapelt- zugeführt. Im Palettiersystem wird der jeweils oberste Korb ausgehoben und in die Bestückungsposition gebracht. Wenn ein Korb mit Fertigteilen gefüllt ist, wird er auf dem Fertigteil-Bodenroller, der ebenfalls zuvor in das Palettiersystem eingeschoben wurde abgesetzt. Nachdem alle leeren Werkstückkörbe befüllt sind und auf dem zweiten Bodenroller abgestapelt sind, kann ein Bediener diesen entnehmen und das System mit neuen Leerkörben bestücken. Dies geschieht ohne Unterbrechung des Fertigungsablaufes taktzeitneutral. Das Automationssystem ist dabei extrem kompakt aufgebaut, die gesamte Zelle kommt mit weniger als vier Quadratmeter Stellfläche aus. Die Schnittstelle zwischen Automation und Bearbeitungsmaschine ist auf Basis einer Profibusanbindung realisiert. In Zusammenarbeit von Maschinenhersteller und Automatisierer wurde das Bedienkonzept des Gesamtsystems optimal auf die Bedieneranforderungen abgestimmt. Kurze Rüstzeiten des Automationssystems erlauben eine Umrüstung der gesamten Anlage mit nur wenigen Handgriffen.

Dass ein erfahrener Systemintegrator auch für schwierige Fälle optimale Lösungen bieten kann, beweist die wegweisende Automation eines Bearbeitungszentrums bei einem führenden Unternehmen der Elektroindustrie. 

Die Wieland Electric GmbH ist ein mittelständisches Familienunternehmen mit Stammsitz in Bamberg und zählt zu den Pionieren der elektrischen Verbindungstechnik. Im Laufe ihres über 100-jährigen Bestehens hat sich die Firma zu einer internationalen Gruppe mit über 2.200 Mitarbeitern weltweit auf allen Kontinenten entwickelt. Heute versteht man sich als mittelständischer Global Player mit klarer Befürwortung des Standorts Deutschland, wo noch immer der Großteil der Produkte gefertigt wird.

So entstehen auch die robusten Gehäuse für die bekannte Industriesteckerserie revos im fränkischen Bamberg. Ein Müga S500 Bearbeitungszentrum übernimmt dabei die spangebende Bearbeitung der Gehäuseober- und unterteile, bei der insbesondere Bohrungen einzubringen und Gewinde zu schneiden sind. Die Be- und Entladung der Werkzeugmaschine fand in der Vergangenheit in Handarbeit statt.

Eben dieser Aspekt war Frank Hennemann,  Fertigungsplaner bei Wieland, seit geraumer Zeit ein Dorn im Auge: „An der Maschine waren Mitarbeiter mit einfachen, monotonen Arbeitsinhalten beschäftigt, die wir für höherwertige Aufgaben dringend benötigten. Zudem war die manuelle Beschickung auch aus Produktivitätsgründen nicht optimal. Um hier Abhilfe zu schaffen, nahmen wir mit EGS Automatisierungstechnik Kontakt auf, da wir wussten, dass man dort über eine ausgewiesene Expertise bei der Automation von Werkzeugmaschinen verfügt.“

Tatsächlich hat EGS bereits hunderte von Automationslösungen für Werkzeugmaschinen realisiert und kann auf einen entsprechend großen Erfahrungsschatz zurückgreifen. Dennoch stellte sich die Aufgabenstellung bei Wieland als echte Herausforderung dar, wie EGS-Vertriebsleiter Heiko Röhrig schnell bemerkte: „Zwei Faktoren waren es, die uns die Konzeption erschwerten: Erstens die hohe Anzahl an Gehäusevarianten und zweitens das Arbeiten von Schüttgut in Schüttgut. Das heißt, die Gehäuse kommen ungeordnet in Metallbehältern an und sollen die Anlage auch wieder als Schüttgut verlassen.“

Obgleich eine geordnete Bereitstellung der Teile in Werkstückträgern oder Paletten somit nicht in Betracht kam, fand sich im Standardprogramm von EGS ein passendes Zuführsystem, das mit einigen wenigen Modifikationen die optimale Lösung darstellen konnte: der SUMO Flexiplex. Bei diesem hochflexiblen Beladesystem erfolgt der Transport der Werkstücke über mehrbahnige Staubänder.

Großer Vorteil für diese Lösung: Alle Varianten der Steckergehäuse verfügen über ein identisches Merkmal: die Breite, die immer zwischen 42,5 und 43,5 Millimeter liegt. Somit muss die Spurbreite des Flexiplex bei einer Umrüstung nicht verstellt werden, weshalb die Zuführung bei Wieland auf diese Verstelloption komplett verzichtet. Mit der unterschiedlichen Teilelänge, die je nach Variante zwischen 60 und 140 Millimeter variiert sowie der Höhe der Gehäuse, die im Bereich von 24 bis 90 Millimeter liegt, kommt die EGS-Zuführlösung ebenso problemlos zurecht wie mit den vielen Sonderformen der Gehäuse, die teilweise über Edelstahlbügel oder Verriegelungsbolzen verfügen. Lediglich ein Teileniederhalter musste zusätzlich montiert werden.

Im Gegensatz zur Zuführung gestaltete sich die Wahl des richtigen Roboters einfach. Röhrig: „Obgleich wir auf Kundenwunsch Roboter aller Hersteller einsetzen können, haben wir uns aus gutem Grund auf Yaskawa spezialisiert. Die Motoman Sechsachser sind aufgrund ihrer robusten Ausführung perfekt geeignet für den rauen Einsatz an und in Werkzeugmaschinen. Außerdem überzeugen sie durch hohe Präzision, hervorragende Dynamik und ein gutes Preis-Leistungsverhältnis.“

Im konkreten Fall wählte EGS den Motoman MH12 für sämtliche Handhabungsaufgaben innerhalb der mit einem Schutzzaun gesicherten Zelle. Die lagerichtige Bestückung der insgesamt acht Spuren des Flexiplex mit unbearbeiteten Teilen bleibt ebenso Aufgabe des Anlagenbedieners wie die Bevorratung leerer Metallbehälter für die Aufnahme bearbeiteter Teile. Die Behälter werden über eine angetriebene Rollenbahn in den Arbeitsbereich der Zelle gebracht und in gefülltem Zustand auf eine Pufferstrecke ausgeschleust. Großer Vorteil: Diese Tätigkeiten können auch hauptzeitparallel erfolgen.

Nach Start des Automatikbetriebes gelangen die Werkstücke auf dem Zuführband in den Arbeitsbereich des Roboters. Der MH12, der das gesamte Teilespektrum aufgrund der identischen Breite mit einem Greifer handhaben kann,  greift dazu ein Teil ab und legt es in die Spannvorrichtung der Maschine ein. Sind nacheinander alle Nester der Spannvorrichtung bestückt, löst der Roboter die Spannung der Rohteile aus und gibt das Freigabesignal zur Bearbeitung an die Maschine. Die Maschine dreht daraufhin die beladene Seite ihres Schwenktisches in den Bearbeitungsbereich und gibt die Fertigteile in den Be- und Entladebereich des Roboters. Der Sechsachser holt daraufhin die Fertigteile ab und legt sie in den bereitstehenden Metallbehälter. Danach startet ein neuer Zyklus.

Jürgen Eisinger ist mit dieser Lösung überaus zufrieden: „Was uns besonders am Herzen liegt, ist die Prozesssicherheit von Zuführung und Robotik. Störungen oder gar längere Ausfälle kennen wir an dieser automatisierten Bearbeitungsmaschine nicht. Zudem setzt die Anlage Maßstäbe hinsichtlich der Taktzeiten, die bei vier Teilen pro Minute liegt.“ Und auch die erreichbare Autonomie, die je nach Teilevariante einige Stunden betragen kann, begeistert die Wieland-Mannschaft. Ausschlaggebend für einen möglichst langen autonomen Betrieb sind die maximal mögliche Bevorratung von Rohteilen durch das Zuführsystem sowie die Bereitstellung der maximalen Anzahl an leeren Metallbehältern im System.

Dem Yaskawa Sechsachser kann die Beaufschlagung mit Kühlschmierstoffen oder Spänen im Gegensatz zu seinen menschlichen Kollegen nichts anhaben. Dank der Ausführung seiner Handachsen in Schutzart IP 67 zeigt sich der MH12 selbst vom groben Abblasen von Teilen und Spanneinrichtungen in der Maschine unbeeindruckt. Um diese Reinigungsschritte ausführen zu können, hat EGS den Roboter mit einer Ausblasvorrichtung ausgestattet.

Für die Auswahl des Motoman MH12 gab es einen weiteren triftigen Grund, wie Röhrig betont: „Wir haben die Maschine auch aufgrund ihrer hervorragenden Reichweite ausgewählt. Denn nur dadurch konnten wir den Roboter in ausreichendem Abstand von der Bearbeitungsmaschine positionieren, so dass diese bei Bedarf manuell zu bedienen ist. Diese Option wollte sich Wieland für die händische Bearbeitung etwaiger Kleinstserien offenhalten.“

Die Lösung für die Automatisierung der Bearbeitungsmaschine, die EGS in enger Kooperation mit den Verantwortlichen bei Wieland erarbeitet hat, erfüllt alle in sie gesetzten Erwartungen. 

Die Dunkermotoren GmbH entwickelt und produziert seit über 50 Jahren Präzisionsantriebe, darunter bürstenlose DC- Servomotoren sowie bürstenbehaftete DC-Motoren. Zum Portfolio zählen auch Planeten- und Schneckengetriebe sowie Bremsen und Gebersysteme. Am Stammsitz in Bonndorf im Schwarzwald ist Dunkermotoren mit über 800 Mitarbeitern der größte Arbeitgeber. Weltweit zählt das Unternehmen rund 1.100 Beschäftigte.

Das „Problem“ des Anbieters: Die Nachfrage nach den Qualitätsmotoren, die in allen möglichen Anwendungen von der Montagetechnik bis zum Jalousieantrieb zum Einsatz kommen, steigt permanent. Bei Dunkermotoren, wo man bewusst auf sehr hohe Fertigungstiefe der erstklassigen Produkte setzt, sind deshalb hochautomatisierte Fertigungsverfahren erste Wahl. Dabei spielen zwei Faktoren eine entscheidende Rolle: Platzbedarf und Output. Von ersterem hat man wenig, von letzterem braucht man viel.

Wie solche High-Output-Lösungen in der Praxis aussehen können, zeigt eine vom erfahrenen Systemintegrator EGS realisierte Automatisierungslösung. Die Aufgabenstellung dabei war die robotergestützte Beschickung einer Index ABC Drehmaschine mit Lagerschilden. „Wir haben diesen Produktionsdrehautomaten ausgewählt, weil er schnell, flexibel und wirtschaftlich Drehteile, in unserem Fall Lagerschilde für unsere GR-Motorenbaureihe, produzieren kann. Das Wichtigste für uns war aber eine prozesssichere Automation dieser Maschine, mit der wir drei vorrangige Ziel erreichen wollten: Nebenzeiten reduzieren, Autonomie schaffen und Platzbedarf klein halten“, verrät Industrial Engineering Fachmann Tobias Bäumle, der bei Dunkermotoren für dieses Projekt verantwortlich zeichnet.

Keine Lösung von der Stange

Für EGS Automatisierungstechnik im nahegelegenen Donaueschingen eigentlich eine Standardaufgabe, für die man in ähnlich gelagerten Anwendungen bereits hundertfach Roboterlösungen realisieren konnte. Mit den hauseigenen Palettenwechselsystemen der SUMO-Baureihe kann man dabei auf passende Zuführsysteme zurückgreifen, auf deren Basis sich auch Sonderlösungen schnell realisieren lassen.

Warum bei Dunkermotoren die Standardpalettenwechsler nicht in Frage kamen und stattdessen eine individuelle Lösung gefunden werden musste, bringt der EGS-Projektverantwortliche Hartmut Pfalzgraf auf den Punkt: „Dunkermotoren verwendet eigene, spezifische Werkstückträger, auf denen die Lagerschilde die Produktion durchlaufen. Um maximale Effizienz in der Fertigung sicherzustellen, kamen zusätzliche Handhabungsvorgänge für das Umsetzen dieser Teile nicht in Frage. Was blieb, war die Integration der vorhandenen Werkstückträger in den Automatisierungsprozess.“

Wie perfekt EGS die praktische Umsetzung der Aufgabenstellung gelungen ist, belegt der Blick auf die Anlage. Was dabei sofort auffällt, ist die platzsparende Lösung, bei der die Roboterzelle auf engstem Raum an die Maschine andockt. Nur dem Einsatz des sehr kompakten Yaskawa Roboters MH 12 ist es zu verdanken, dass sich die Zelle unter diesen Platzverhältnissen realisieren ließ. Der Sechsachser spielt in dieser Anwendung zudem seine Stärken im Hinblick auf Beweglichkeit, Reichweite und Dynamik voll aus.

Worauf es dabei ankommt, zeigt sich am Besten bei der Betrachtung dieser wegweisenden Gesamtlösung: Innerhalb der Roboterzelle finden sich sechs definierte Positionen für Werkstückträger-Palettenstapel, die sich um den Sechsachser gruppieren. Fünf dieser Plätze sind für volle Paletten, einer dient ausschließlich dem Abstapeln leerer Paletten. Den Anfang des Produktionsprozesses bildet die manuelle Bestückung der Zelle. Dazu schiebt der Bediener fünf Bodenroller mit voll bestückten Werkstückpaletten sowie einen Bodenroller für die Aufnahme der geleerten Paletten in die Anlage und startet den Prozess.

Automatischer Greiferwechsel im Minutentakt

Der Job für den Roboter besteht nun im Abholen eines vollen Werkstückträgers und dessen Umsetzung auf eine definierte Ablageposition, von der aus der Sechsachser die Teilevereinzelung und Zuführung zur Index Drehmaschine übernimmt. Sind alle Teile einer Palette vereinzelt, legt der Roboter die geleerte Palette auf dem dafür vorgesehenen Platz ab und der Prozess setzt sich mit der nächsten Palette fort.

Für diese komplexe Aufgabe benötigt der Yaskawa MH 12 zwei unterschiedliche Greifsysteme: eines für die Handhabung des kompletten Werkstückträger und ein zweites für die Vereinzelung der Lagerschilde. Da der Greiferwechsel vor und nach der Abarbeitung jedes einzelnen Werkstückträgers und damit im Minutentakt auf dem Programm steht, setzt EGS dabei auf ein automatisches Greiferwechselsystem.

Die Handhabungsprozesse fordern den Sechsachser sowohl in puncto Traglast als auch im Hinblick auf Dynamik und Beweglichkeit bis an die Belastungsgrenze. Seine Tragkraft von 12 Kilogramm ist für die Handhabung eines vollen Werkstückträgers, der je nach Lagerschild-Variante mit bis zu 50 Teilen bestückt sein kann, gerade noch ausreichend. Noch anspruchsvoller ist die Aufgabenstellung im Hinblick auf sein Bewegungsprofil. Der unterste Werkstückträger eines Palettenstapels befindet sich nahezu auf Bodenebene, die Übergabeposition der einzelnen Werkstücke hingegen rund einen halben Meter oberhalb der Index-Maschine.

Wie bei kaum einer anderen Anwendung spielt die vertikale Reichweite des Roboters hier die entscheidende Rolle. „Um die jeweiligen Endpositionen bei diesem Einsatz noch anfahren zu können, mussten wir den Sechsachser an exakt berechneter Position auf einem Sockel platzieren. Nur so können wir mit dem überaus gelenkigen und kompakten MH 12 dieses Aufgabenspektrum bewältigen. Und ein größerer Roboter kam aufgrund der Platzverhältnisse nicht in Betracht“, betont Pfalzgraf.

Mit dem Dreifachgreifer Taktzeiten reduzieren

Ein weiteres konstruktives Highlight ist das Werkstückgreifsystem, das aus drei im Abstand von 120 Grad angeordneten Einzelgreifern besteht. Warum diese Lösung für die Produktivität so wichtig ist, erläutert Bäumle: „Mit dem Dreifachgreifer können wir drei Teile hintereinander direkt von der Palette aufnehmen und in einer Fahrt zur Übergabeposition an die Drehmaschine bringen. Diese Maßnahmen trägt entscheidend zur Einhaltung der Taktzeitvorgaben bei. Zudem ergibt sich für den Roboter durch die Mehrfachaufnahme der Rohteile ein zeitlicher Puffer beim Palettenwechsel.“

Auch das Zuführsystem, das die Teile von der Übergabeposition des Roboters in die Index-Maschine befördert, ist eine Eigenkonstruktion von EGS. Die Teile gelangen dabei über eine hochflexible Förder-Bürsten-Zuführung mit weitem Verstellbereich, die vom Roboter mit Teilen bestückt wird, einfach und prozesssicher in den Fallschacht der Drehmaschine. Die Lagerschilde werden nach ihrer Bearbeitung auf einen Rundtisch mit bereitgestellten Warenkörben ausgeschleust.

Produktionsstratege Bäumle ist von der automatischen Beschickung der Drehmaschine begeistert: „Wir konnten durch Reduzierung der Takt- und Nebenzeiten den Output um rund 25 Prozent steigern. Der Grund dafür liegt unter anderem in der Autonomie, die im Vergleich zum vorangegangenen Prozess um 500 Prozent höher liegt. Nach Bestückung der Zelle mit fünf Palettenwagen befinden sich bei der größten Lagerschildvariante mit 63 Millimeter Durchmesser 2.400 Teile in der Anlage. Das heißt, wir arbeiten eine komplette Schicht völlig autonom.“

Hohe Verfügbarkeit – hohe Autonomie

Die hohe Verfügbarkeit der Anlage, zu der die Zuverlässigkeit des Yaskawa Roboters entscheidend beiträgt, bildet die Voraussetzung, um die theoretisch errechnete Autonomie in der Praxis tatsächlich nutzen zu können. Auch hier hat man bei Dunkermotoren seit Inbetriebnahme der Anlage im Jahr 2016 sehr gute Erfahrungen gemacht. Unplanmäßige Anlagenstillstände sind die absolute Ausnahme und eigentlich nie anlagentechnisch bedingt.

Eben dieser hohen Autonomie ist es zu verdanken, dass sich die Nebenzeiten bei der Beschickung der Maschine signifikant reduzieren ließen, was dem Output des Gesamtsystems zugute kommt. „Darüber hinaus ist diese Lösung hochflexibel. Derzeit laufen zwar nur drei Lagerschild-Varianten für sehr stark nachgefragte Motoren über die Anlage, die aber prinzipiell auf eine sehr große Variantenvielfalt ausgelegt ist. Damit kann man die Gesamtlösung bestehend aus Index-Maschine und Automatisierung als rundum Sorglos-Paket betrachten, das perfekt geeignet ist, unsere Kapazitätsengpässe aufzulösen sowie den hohen Qualitäts- und Produktivitätsansprüchen bei Dunkermotoren gerecht zu werden“, resümiert Bäumle.

Text: Ralf Högel

Die Drehmaschine, auf der die Werkstücke bearbeitet werden ist eine Stopp Autoturn, die aufgrund der rückseitigen Automationstüre bestens für die automatische Beschickung geeignet ist und dabei trotzdem voll Zugänglichkeit von der Vorderseite zum Rüsten bzw. für manuelle Beschickung bietet.

Hinsichtlich der Taktzeit der Automation war weniger eine Verkürzung im Fokus, viel wichtiger waren die Aspekte der gleichbleibend hohen Qualität, sowie die konstante Ausbringung durch die Minimierung von Stillstandszeiten der Maschine.

Der SUMO Megaplex ist die optimale Lösung für diesen Anwendungsfall: voluminöse Werkstücke bei gleichzeitig hohen Anforderungen an die Autonomie und bestmöglicher Ausnutzung der Produktionsfläche sowie möglichst komfortabler Werkstücklogistik. Die großen Werkstückträger im Format einer halben Europalette, werden auf Bodenrollern gestapelt in das System eingebracht. Es bietet eine Autonomie von zwei Stapeln mit jeweils 1,1m Stapelhöhe. Durch die pfiffige wechselweise Nutzung der drei Palettenplätze, abwechselnd als Rohteil- bzw. Fertigteilstapel, besteht für den Austausch eines Fertigteilwagens durch einen Rohteilwagen die komplette Laufzeit eines Stapels Zeit. Dadurch ergibt sich eine sehr geringe Personalbindung.

Ein 6achsiger Industrieroboter Motoman HP20D mit mehr als 1,7m Reichweite und kg Traglast von Yaskawa übernimmt mit einem Doppelgreifer schnell und zuverlässig das Werkstückhandling. Nur durch seine kompakten Abmessungen und den schlanken Arm ist das Eintauchen in die Maschine durch die hintere Beladetür möglich.

Eine besondere Herausforderung war die Konstruktion des Greifwerkzeuges, da es im Bearbeitungsraum der Maschine sehr eng zugeht, war ein Doppelgreifer zum beladezeitminimalen Teilewechsel in der Maschinenspindel erforderlich. Zusätzlich erforderlich war noch ein drittes Greifmodul am Greifwerkzeug, da im Prozess aus dem becherförmigen Rohteil der Boden ausgestochen und mit dem Reitstock der Maschine aufgenommen wird. Von dort muss er vom Roboter zusammen mit dem verbleibenden Fertigteilring entnommen werden.

Die elektrische und mechanische Schnittstelle wurden mit dem Maschinenhersteller abgestimmt und automationsseitig entsprechend ausgelegt, die beiden Systeme kommunizieren in diesem Fall über eine Profinet-Schnittstelle.

Nach erfolgter Installation und Inbetriebnahme wurden die zuständigen Mitarbeiter des Kunden gründlich in die Bedienung der Zelle sowie die erforderlichen Grundlagen der Roboterhandhabung eingewiesen. Für gegebenenfalls erforderliche Hilfe und Diagnose wurde eine Fernwartungsschnittstelle eingerichtet.

Durch die Automation wird eine gleichbleibend hohe Qualität erreicht. Die Werkstücke werden nun in einem Arbeitsgang auf Länge gedreht und entgratet. Dabei wurden die Erwartungen sogar noch übertroffen, da die Rundheit –ein sehr wichtiges Qualitätsmerkmal beim gefertigten Werkstück- der Fertigteile deutlich besser ist als erwartet und somit der nachfolgende Richtarbeitsgang mindestens vereinfacht wird, gegebenenfalls sogar entfallen kann.

Außerdem kann das System zum Schichtende nochmals gefüllt werden und mannlos ein kompletter Werkstückvorrat bearbeitet werden, was zusätzliche Kapazität schafft.

Auf Sicht ist angedacht eventuell noch eine Bohrstation in die Anlage zu integrieren, die Flexibilität des Roboters bietet die Grundlage dafür, solche Prozesse jederzeit mit überschaubarem Aufwand nachrüsten zu können.

Bei vertieftem Wissen in der Programmierung angefangen, stehen wir unseren Kunden außerdem auch mit professionellen Serviceleistungen wie Wartung, Instandhaltung, Reparatur und Pflege der Soft- und Hardware als professioneller Partner unterstützend zur Seite.

Mit unserer Programmier- und Serviceerfahrung decken wir die Steuerungs-Generationen seit 1999 ab:

·       XRC

·       NX100

·       NXC

·       DX100

·       FS100

·       DX200

·       YRC1000

·       YRC1000 micro

Im Servicefall unterstützen wir sie gerne beratend. Gleichzeitig nehmen wir uns Ihrem Problem und dessen Lösung auch gerne komplett an.

Mit einem 24/7-Zugriff auf das Yaskawa eigene Ersatzteillager, gewährleisten wir eine schnelle Verfügbarkeit von Ersatzteilen und können so unsere Reparatur-Leistungen auf ein Maximum optimieren.

Um Ausfall- und Reparaturkosten so gering wie möglich zu halten, nehmen wir Ihr Robotersystem gerne in den vorgesehen und notwendigen Wartungsintervall auf. Wenn gewünscht, kontaktieren wir Sie rechtzeitig über die anstehende Wartung um kümmern uns an der Technik um einen umfassenden Service.

Wir sichern Ihre Daten, prüfen die Steuerung und den Manipulator, tauschen die Getriebe- und Lagerfette aus, uvm. und beschreiben anschließend in einem übersichtlichen Dokument unsere Arbeiten, sowie eine Empfehlung eventueller zusätzlich notwendiger Servicemaßnahmen.

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Der Stahlrohling durchläuft im ersten Schritt auf einem Drehzentrum mehrere Bearbeitungs-Schritte, daran schließt sich das hochpräzise Räumen der Innenverzahnung an einer Räummaschine an, bevor im letzten Schritt die Teilereinigung erfolgt.

Dreistufiges Automatisierungskonzept für zwei Werkzeugmaschinen

Im Wesentlichen besteht die Lösung aus drei Modulen mit je einem Roboter, von denen das Erste für die Beladung des Drehzentrums sorgt während das Zweite die Entladung der Maschine sowie nachgelagerte Arbeitsschritte erledigt. Modul 3 bedient die Räummaschine und übernimmt die Übergabe der Antriebsräder an die angeschlossene Teilereinigungsanlage.

Die zu bearbeitenden Stahl-Rohlinge wiegen maximal sechs Kilogramm und haben je nach Variante einen Außen-Durchmesser von 90 bis 110 Millimeter bei einer Länge von 130 Millimeter. Die Bevorratung der Drehteile über alle Stationen hinweg erfolgt in einem Werkstückträgersystem im Palettenformat 1000 x 1200 Millimeter. Auf einem Werkstückträger können ca.  60 Antriebsräder gespeichert werden. Durch entsprechende Stapelsysteme lassen sich zwei oder vier Paletten vorhalten, was eine Anlagenautonomie von mehreren Stunden ermöglicht.

Roboter 1 + 2: Be- und Entladung des Drehzentrums

Für die Beladung des vierspindligen Drehzentrums ist ein 20kg-Roboter zuständig, der die Beladeeinrichtung der Werkzeugmaschine mit zwei Rohlingen bestückt. Dazu greift der Sechsachser nacheinander die benötigten Teile aus der Palette und legt sie präzise an in der Übergabeeinheit der Maschine ab. 

Im Modul 2, zuständig für die Entnahme der bearbeiteten Werkstücke, kommt ebenfalls ein 20kg-Roboter zum Einsatz. Er entnimmt die bearbeiteten Drehteile von der Übergabeeinheit der Maschine, danach werden sie mit Druckluft vorgereinigt und in einer weiteren Station geprüft und anschließend markiert, wenn die Prüfkriterien erfüllt sind. Danach werden die Teile in einer Palette abgelegt und diese in einem Doppelpalettierer gestapelt.

Roboter 3: Automatisierung der Räummaschine

Nach der Drehbearbeitung steht das Räumen der Innenverzahnung an. Auf eine automatische Verkettung des Drehzentrums mit der Räummaschine wurde bewusst verzichtet. Die Räummaschine mit drei Räumstationen ist sehr leistungsfähig und hat bei voller Auslastung des vorgeschalteten Drehzentrums noch immer Kapazitäten frei. Diese Kapazitäten werden regelmäßig für andere Aufgaben genutzt.

Um ein Höchstmaß an Flexibilität zu gewährleisten, wurde eine manuelle Verkettung der Maschine realisiert. Um dennoch eine entsprechende Autonomie sicherzustellen, verfügt die Maschine über einen Speicher für vier Paletten mit insgesamt 240 Werkstücken. Das Be- und Entladen der Räummaschine erledigt ein 50kg-Roboter mit einem Doppel-Dreifach-Greifer. Durch das spezielle Greifwerkzeug gelingt der Werkstückwechsel zeitsparend und ohne Zwischenablage. Möglich macht es eine pneumatische Verstellmöglichkeit der einzelnen Greifer, durch die sich das Greifersystem auf die unterschiedlichen Rastermaße der Räummaschine und der Pufferpalette automatisch anpasst.

Nach dem Be- und Entladen der Maschine werden die Werkstücke noch vom Roboter in einer Zentrifuge mit Druckluft-Abblaststation gelegt, wo sie vorgereinigt werden. Danach werden sie in die Waschkörbe für die Teilereinigungsanlage ablegt.

Entwickelt und realisiert wurden die TurnkeySysteme von EGS Automation aus Donaueschingen im Schwarzwald-Baar-Kreis. Das Unternehmen ist seit 1996 im Bereich der industriellen Automation aktiv und setzt dazu seit 1999 Industrieroboter ein. Kunden von EGS Automation profitieren dabei von der Erfahrung aus mehr als 2000 installierten Robotern, weswegen sich EGS selbst als robotiv bezeichnet. Die KBS Spritztechnik ist in die Burger Group integriert und agiert am Markt eng verzahnt mit sechs weiteren Marken, was die Gruppe zu einem sehr kompetenten und leistungsstarken Komplettanbieter für kundenspezifische Antriebstechnik macht. KBS fertigt komplexe Kunststoffteile für Antriebslösungen als Ein- und Mehr-Komponenten-Kombinationen aus Metall und Kunststoff oder Kautschuk. Technische Spritzguss-Formteile wie Gehäuse, Zahnräder, Schnecken, Spindeln, Zahnstangen oder Riemenräder gehören ebenso zu den Kernkompetenzen des Unternehmens, wie das Umspritzen von Kontakten, Kugellagern, Wellen und Zahnrädern aus Metall. Das führt uns zum Thema, der automatisierten Herstellung von Kunststoffhybridbauteilen. Auf den Anlagen werden Gehäuse für mechatronische Aktuatoren hergestellt, die derzeit in Abgassystemen bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sowie Hybridantrieben eingesetzt werden. Die Bauteile werden in 12 Varianten gefertigt. Auch für zukünftige Fahrzeuge mit alternativen Antriebssystemen sind Projekte in der Realisierung. Der Fertigungsprozess ist vollständig durchautomatisiert. Von der Bereitstellung der Einlegekontakte als Stanzband auf einem Coil bis zur Verpackung der geprüften Fertigprodukte in ökologisch sinnvollen, leichten und wiederverwertbaren Mehrwegverpackungen.

In jeder Anlage sind drei Roboter von Yaskawa verbaut. Zwei kleine 6 Achs-Roboter, die sich um die präzise Kontaktbereitstellung kümmern. Außerdem ein größerer Roboter, der die Fertigteile aus dem Spritzgusswerkzeug entnimmt und die bereitgestellten Kontakte einlegt und danach das nachfolgende Handling in eine Prüfeinrichtung und die abschließende Verpackung übernimmt. Da es über den Zeitraum von der Lieferung der ersten Anlage bis zur fünften Anlage einen Generationswechsel beim Roboterhersteller von der MH-Baureihe zur GP-Serie gab, sind unterschiedliche Typen in den Anlagen im Einsatz. Die bewährte Durchgängigkeit und Abwärtskompatibilität sowie Kontinuität bei der Handhabung und Programmierung der Yaskawa-Roboter ermöglichte eine problemlose Integration der neuen Generation in das bestehende Anlagenkonzept. Der automatisierte Fertigungsablauf beginnt mit der Abwicklung der Stanzbänder vom Coil mit entsprechender Ausrichtung und Zuführung in das Stanz-Biege-Werkzeug.

Hier werden die Kontakte getrennt, gebogen und von den ersten beiden 6 Achs-Robotern entnommen und auf einem Rundtakttisch nacheinander auf zwei Stationen bereitgestellt. Dabei erfolgt auch eine erste sensorische Prüfung, ob die Kontakte entsprechend entnommen wurden und vorhanden sind. Die Roboter haben 7 kg Tragkraft und gut 900 mm Reichweite.

In der nächsten Station des Rundtakttisches werden dem Einlegeroboter, einem Yaskawa 6 Achs-Roboter mit 25 kg Tragkraft und einer Reichweite mehr als 1700 m, die einzulegenden Kontakte lagerichtig in der Orientierung des Spritzgießwerkzeuges bereitgestellt. Er entnimmt mit seinem Multifunktionsgreifwerkzeug die Einlegeteile, prüft die Vollständigkeit und fährt zur Spritzgussmaschine, einer Engel-Vertikalmaschine mit 160 Tonnen Schließkraft. Diese Rundtischmaschinen ermöglichen die Entnahme der Fertigteile aus dem Werkzeug und die Neubestückung mit Einlegeteilen, während parallel im zweiten baugleichen Werkzeug der Spritzgießvorgang abläuft. Das eliminiert den Hauptzeitanteil für das Be- und Entladen durch den Roboter aus dem Herstellzyklus nahezu komplett. Lediglich die Tischdrehdauer wirkt sich dabei noch minimal aus.

Alle Roboter sind mit Greiferwechselsystemen ausgerüstet, die eine schnelle und einfache Umrüstung auf andere Bauteilvarianten erlauben. Aufgrund der Kompatibilität können alle Greifwerkzeuge in allen fünf Anlagen eingesetzt werden. Die Wechselgreifwerkzeuge werden über RFID-Codierungen erkannt und die Anlage prüft vollautomatisch nach dem Rüstvorgang, ob die gerüsteten Greifwerkzeuge zur vorgewählten Variante passen. Die Spritzgießwerkzeuge ebenso wie StanzBiege-Werkzeuge werden innerhalb der Burger Group in den Schwesterunternehmen SBSFeintechnik und KBS-Stanztechnik entwickelt und hergestellt. Die fertig gespritzten Bauteile werden, je nach Variante, 1-fach oder 2-fach aus dem Werkzeug entnommen. Das Robotergreifwerkzeug hat neben den Funktionseinheiten zur Handhabung der Einlegekontakte und zum Handling der fertigen Gehäuse noch eine spezielle Positionierfunktion beim Einlegen in die Spritzform. Um Autor: Heiko Röhrig Datum: 25.10.2021 4 die hohe Genauigkeit, die erforderlich ist, zu gewährleisten, hat EGS Automation eine spezielle Andock-Positionierfunktion mit schwimmender Lagerung realisiert, die die Einlegegenauigkeit prozesssicher gewährleistet. Nach der Entnahme der Fertigteile werden diese in einer elektrischen Prüfstation geprüft. Dabei wird mit einer Durchgangsprüfung sichergestellt, dass zum einen zwischen den Pins, die elektrisch kontaktieren müssen, eine Verbindung besteht. Zum anderen wird mittels einer Durchschlagsprüfung verifiziert, dass im Spritzgießprozess nicht versehentlich Leiterbahnen innerhalb des Kunststoffs Kontakt bekommen haben, die eigentlich galvanisch getrennt sein müssen. Die Prüfstation selbst wird zyklisch automatisch vom Roboter mit Referenz-Fehlerteilen bestückt, um deren Funktion sicherzustellen und so die Fehlerfreiheit gegenüber den Kunden sicher zu gewährleisten.

Fehlerhafte Teile werden über entsprechende Ausgaberutschen ausgeschleust. Ebenso werden Anfahrteile nach Neustart der Anlage über diese Rutschen ausgegeben. Auf Anforderung können darüber hinaus QSTeile, getrennt nach Werkzeugkavität, über eine spezielle Ausgabe zur Verfügung gestellt werden, wodurch der Prozess kontinuierlich überwacht werden kann. Abschließend werden die fertigen Bauteile in die Kundenverpackungen verpackt. Die Mehrwegtrays im Format 800x600 mm werden über ein Palettiersystem mit Traystapler vom Stapel leer bereitgestellt und danach gefüllt gestapelt.

Die gesamte Automationseinheit ist als komplette und kompakte Zelle auf einem Grundrahmen mit Schutzumhausung und Dach aufgebaut. Beim Engineering wurde bereits darauf geachtet, dass die Anlagen sowohl in See-Containern als auch auf einem LKW komplett montiert transportiert werden können. Die Inbetriebnahme in der Fertigung an der Spritzgießmaschine Autor: Heiko Röhrig Datum: 25.10.2021 5 wird dadurch signifikant verkürzt. In den Einheiten finden alle Elektroschaltschränke sowie die Robotersteuerungen Platz, so dass die Medienversorgung und Einspeisung zentral für die gesamte Anlage an einer Stelle erfolgen kann. Die Bedienung und Ansteuerung der Roboter und Einzelkomponenten erfolgt über eine zentrale SPS-Steuerung mit großem Bedienpanel, das als HMI dient und eine komfortable Eingabe und Statusüberwachung erlaubt. Die Bedienoberfläche wurde von EGS Automation nach Kundenwunsch anlagenspezifisch programmiert.

So äußert sich dann auch Thomas Burger, Geschäftsführender Gesellschafter, sehr zufrieden über das Konzept, die Umsetzung und die Verfügbarkeit der Anlagen.  

Mit der vollautomatischen Roboteranlage werden KFZ-Seitenscheiben paarweise umspritzt. Zuvor erfolgt ein Primerauftrag mit Robotern sowie eine termische Aktivierung der aufgetragenen Primerspur.

Damit der Einlegevorgang in die Spritzgußmaschine (SGM) und damit die Werkzeug-Offen-Zeit so kurz wie möglich ist, müssen sowohl die beiden vorbehandelten Gläser, als auch alle Einlegeteile positionsgenau bereitgestellt werden.

Kleine Teile wie zum Beispiel Pins, die für die spätere exakte Positionierung der Scheibe im Fahrzeug verantwortlich sind, oder Klammern, an denen später Zierleisten befestigt werden, werden aus Schüttgut über spezielle Zuführsysteme zugeführt und bereitgestellt.

Größere, komplexere Einlegeteile werden in Schubladenmagazinen vom Bediener positioniert vorbereitet.

Die Anlage besteht aus mehreren Hilfsrobotern, die die einzelnen Einlegeteile abholen und auf eine Übergabestation bereits im richtigen Abstand wie im Spritzgußwerkzeug ablegen. Aus dieser Übergabestation holt dann ein Hauptroboter, der die SGM automatisch be- und entlädt, alle Teile in einem Zug ab. Dazu ist ein sehr umfangreiches Spezial-Multifunktions-Greifwerkzeug erforderlich. Danach werden noch die Scheiben mittels spezifischen Vakuum-Greifwerkzeugen aufgenommen. Nun kommt die automatische Bestückung der Spritzgießmaschine, dabei ist es unerheblich ob es eine horizontale oder vertikale Maschine ist.

Die Einlegeteile und die Gläser werden eingelegt und die fertig umspritzten Scheiben entnommen. Die Spritzgießwerkzeuge haben in der Regel eine Glasbruchsicherung in der Form.

Die fertigen PKW-Seitenscheiben werden paarweise über ein Förderbandsystem ausgegeben, wo sie vom Bedienpersonal entnommen und weiterverarbeitet werden können.

Alle Robotergreifwerkzeuge sowie die Übergabestation sind Wechselwerkzeuge, mit denen die Anlage bei entsprechenden Scheiben-Varianten durch einfachen Umbau umgerüstet werden kann um Scheibenvarianten für unterschiedliche Fahrzeuge im Wechsel auf einer Anlage fertigen zu können.

Die Anlage produziert bei der Weißer & Grießhaber GmbH in Mönchweiler, nahe der Kreisstadt Villingen-Schwenningen, im Schwarzwald-Baar-Kreis beheimatet. Dort fertigen aktuell nahezu 300 Mitarbeiter auf rund 100 Kunststoff-Spritzgußmaschinen im Schließkraftbereich von 15 bis 280 Tonnen eine Gesamtstückzahl von mehr als 850 Mio. Kunststoffteilen im Jahr.

Mit einem eigenen Formenbau als Basis werden, gemeinsam mit den Kunden, präzise Lösungen für die Automobil-, Gebäude-, und Sanitärindustrie sowie für die Bereiche Industrie- und Konsumgüter entwickelt und hergestellt. Die technologischen Kompetenzen erstrecken sich auf die Bereiche Verzahnung und Getriebetechnik, Hybrid- und Mehrkomponententechnik, Mikrofilter und Dünnwandtechnik, Linsen und optische Teile sowie die Montage- und Automationstechnik.

Die nachfolgend beschriebene Spritzguß-Automation wurde von EGS Automation GmbH, entwickelt und realisiert. EGS mit Sitz in Donaueschingen wurde 1996 gegründet und hat in den ersten 20 Jahren mehr als 1200 Industrieroboter installiert, vornehmlich im Bereich der Spritzgieß- und Werkzeugmaschinenautomation.

Auch diese Anlage beinhaltet drei Industrieroboter, alle vom Hersteller Yaskawa, die zum Zeitpunkt der Installation noch unter dem Produktnamen Motoman verkauft wurden. Ein 4achsiger Scara-Roboter mit 850mm Reichweite sowie zwei 6Achs-Roboter mit 6kg bzw. 20kg Traglast und 1,4m bzw. 1,7m Reichweite. Damit ist eine einheitliche Bedienung und Programmierung über die unterschiedlichen Kinematiken hinweg gewährleistet.

Die Einlegeteile aus Metall werden dabei über zwei Vibrationswendelförderer aus Schüttgut vereinzelt und positioniert zur Abholung durch den Scara-Roboter bereitgestellt. Dazu ist je ein Zuführsystem für die Bereitstellung je einer Einlegeteilvariante zuständig, an dieser Stelle ist somit kein Umrüstvorgang erforderlich, wenn zwischen den beiden Teilevarianten gewechselt wird.

Vom Zuführsystem holt der Scara-Roboter die Einlegeteile einzeln ab und legt sie bereits im richtigen Kavitätenabstand des Spritzgußwerkzeuges auf einer Vorwärmstation ab.

Im Falle des Zahnradgehäuses werden die Bauteile 4fach gespritzt, im Falle der Zahnräder 6fach. Bei den Zahnrädern übernimmt der Scara-Roboter auch die radiale Ausrichtung der Inserts, bevor er sie zum Vorheizen positioniert.

Die Vorheizstation ist ebenfalls universell für beide Bauteilvarianten aufgebaut und bildet beide Übergabemuster und Formnestgeometrien parallel ab.

Der größere der beiden 6Achs-Roboter, ein Motoman HP20, holt die Einlegeteile mit der richtigen Einlegetemperatur von der Vorwärmstation ab und fährt zur Arburg-Spritzgießmaschine mit 250 Tonnen Schließkraft. Dort werden die Fertigteile nach erfolgtem Spritzvorgang auswerferseitig entnommen und die Inserts düsenseitig eingelegt.

Die Umrüstung auf die beiden Werkstückvarianten erfolgt hier durch einen kompletten Wechsel des Greifkopfes. Über ein manuelles Werkzeugwechselsystem geschieht dies im Handumdrehen. Die Medienversorgung wird mit entsprechenden Schnellwechselkupplungen werkzeuglos ab und wieder angesteckt, durch eine entsprechende Codierung erkennt der Roboter, ob das passende Greifwerkzeug zum ausgewählten Programm montiert ist.

War bis hierher der Ablauf für beide Teilevarianten noch identisch, unterscheidet er sich nach der Entnahme.

Das Zahnradgehäuse wird nach der Entnahme noch mittels optischer Sensorik auf Kernbruch geprüft und danach vom HP20 auf einem Förderband 4fach abgelegt, das die Fertigteile aus der Roboterzelle herausfördert und dort am Bandende in zwei Behälter fallen. Eine positionierte Verpackung wird für diese Bauteile vom Kunden nicht gefordert.

Das Zahnrad wird nach der Entnahme an den dritten Roboter, einen Motoman SSF2000, übergeben. Dies geschieht durch direkte Übergabe Teil für Teil in ein sternförmiges Greifwerkzeug.

Nun werden die Fertigteile nacheinander durch rotieren der Handachse an einem Kamerasystem auf eventuelle Überspritzungen hin beziehungsweise gegebenenfalls fehlendes Einlegeteil überprüft. Die Gutteile werden dann einzeln nacheinander in Formnester der Kundenverpackung, eines Tiefziehtrays, vom Roboter abgelegt. Die Trays werden leer stapelweise über ein Förderbandsystem zugeführt, gefüllte Traystapel über ein zweites Förderbandsystem ausgefördert. Das Ab- bzw. Aufstapeln übernimmt der 6Achsroboter nach automatischem Greiferwechsel mit einem zweiten Greifwerkzeug für die Handhabung der Trays. Damit ist kein aufwändiges Palettiersystem erforderlich und der Roboter kann seine ganze Flexibilität ausspielen. Das System bietet eine Autonomie für 4 Stapel á 20 Trays von denen jedes 39 Fertigteile fasst. Das System ist seit 2012 im 3Schicht-Betrieb im Einsatz, je nach Teilebedarf des Kunden an 5-7 Tagen die Woche.

Michael Späth, bei Weißer & Grießhaber verantwortlich für den Bereich TSA 20, schätzt die Zuverlässigkeit und Flexibilität der Anlage: „Die Anlage arbeitet seit ihrer Installation zuverlässig und akkurat. Durch die schnelle, einfache Umrüstung ist ein Produktwechsel trotz der Unterschiede der Werkstücke und Verpackung problemlos möglich. Die Roboter haben Ihre Zuverlässigkeit seit Ihrer Installation im 3Schicht-Betrieb unter Beweis gestellt.“.

Auf der Prüfanlage werden rotationssymmetrische Kunststoffteile in einer Gesamt-Taktzeit von weniger als 1 Sekunde optisch geprüft. Innerhalb dieser Zykluszeit erfolgt die Vereinzelung, Zuführung, Prüfung und Trennung in Gut- und Ausschuss-Teile.

Die Werkstücke werden über eine spezielle Zuführung vereinzelt und lagerichtig bereitgestellt. Ein Highspeed-Scararoboter entnimmt Werkstück für Werkstück und setzt es in die Aufnahmen des Rundtakttisches der Anlage ein.

Auf dem Rundtakttisch werden die Werkstücke nacheinander verschiedenen Prüfungen unterzogen. In der vorletzten Station wird der komplette Werkstückumfang durch Drehung vor einer hochauflösenden Kamera abgewickelt und geprüft.

Danach erfolgt die Entnahme der Prüfteile vom Rundtakttisch durch einen zweiten Highspeed-Scararoboter.

NiO-Teile werden ausgesondert und Gut-Teile über ein Verteilsystem in verschiedene kundenspezifische Behälter geführt.

Für saubere Bedingungen innerhalb der Automationszelle sorgt eine Laminar-Flowbox.

Die Framo Morat GmbH & Co. KG zählt zu den weltweit führenden Herstellern hochqualitativer Antriebslösungen. Die Kernkompetenz des rund Mann starken Unternehmens ist die Zahnradtechnik. In seinen drei Geschäftsbereichen Zahnradtechnik, Schneckenradsätze und Antriebstechnik setzt das gegründete Schwarzwälder Traditionsunternehmen auf hohe Fertigungstiefe. Kunden aus aller Welt schätzen die Qualität der Präzisionsteilefertigung und die über Generationen gewachsene Entwicklungskompetenz, so dass bei Framo Morat von mangelnder Nachfrage keine Rede sein kann.

Im Gegenteil: Das Geschäft brummt und in den meisten Bereichen laufen die Bearbeitungszentren rund um die Uhr im Drei-Schicht-Betrieb. Um der hohen Nachfrage gerecht zu werden, sind alle Werkzeugmaschinen auf Höchstleistung getrimmt. Im Falle einer Gegenspindel-Drehmaschine sah man noch Produktivitätspotenzial: „Für diese Maschine suchten wir eine automatische Beschickung. Gefragt war eine robuste Standardlösung, die hochflexibel und einfach zu bedienen sein sollte, sicher funktioniert und dabei möglichst wenig Platz beansprucht“, so Murat Okan, Leiter Zentrale Arbeitsvorbereitung bei Framo Morat.

Die Herausforderung bei dem Projekt bestand darin, mit einer wirtschaftlichen Lösung all die Kundenwünsche zu erfüllen, die sich normalerweise nur mit weitaus teureren Sonderanlagen in die Praxis umsetzen lassen.

Bei EGS Automatisierungstechnik in Donaueschingen hat man viel Erfahrung mit solchen Aufgabenstellungen. Insbesondere die Automation von Werkzeugmaschinen sieht man dort als Kernkompetenz und blickt auf eine Vielzahl erfolgreich realisierter Projekte zurück. EGS hatte auch für Framo Morat bereits erfolgreiche Automationsprojekte durchgeführt und konnte auch für diese Aufgabe die perfekte Lösung bieten. Heiko Röhrig, EGS Vertriebsleiter, erinnert sich: „Nach intensiver Beschäftigung mit dem Pflichtenheft war schnell klar, dass unsere Standardzuführung Flexiplex aus dem SUMO-Programm in Kombination mit einem bewährten Motoman Roboter MH6 des japanischen Herstellers Yaskawa die Ideallösung sein könnte. Und tatsächlich konnten wir mit dieser Standardkonfiguration und kleinen Modifikationen alle Kundenanforderungen in die Praxis umsetzen.“ Hochflexibles Be- und Entladesystem In der Praxis erwies sich die Entscheidung für den SUMO Flexiplex als Volltreffer. Das werkstückträgerlose System garantiert maximale Flexibilität und lässt sich mit wenigen Handgriffen auf andere Werkstücke des Teilespektrums umrüsten. Dabei kommt die EGS Lösung in der realisierten Version mit scheibenförmigen Werkstücken im Durchmesserbereich von bis mm bei einer Länge von 8 bis mm problemlos zurecht. Die Be- und Entladung des Zuführsystems ist Aufgabe des Bedieners, der die unbearbeiteten Teile aus einer Gitterbox entnimmt und auf die vier oben liegenden Zuführbänder des Flexiplex gleichmäßig verteilt. Nach der Bearbeitung entnimmt der Bediener die Teile von den vier Entnahmebändern der unteren Staustrecke.

Alle Arbeitsschritte zwischen dem manuellen Be- und Entladen des Zuführsystems laufen vollautomatisch ab. Aufgabe des Roboters ist es, die Automation der Drehmaschine zu übernehmen. Dazu greift er sich ein unbearbeitetes Teil vom Zuführband und legt es präzise in die Hauptspindel der Drehmaschine ein. Danach entnimmt er ein Fertigteil aus der Gegenspindel und legt es auf einer der vier Spuren des Abführbandes ab.

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Text: Ralf Högel

Bei einem Maschinenbauunternehmen stand die automatisierte Be- und Entladung zweier Datron M8Cube Fräsmaschinen auf dem Programm. Die dynamischen Maschinen übernehmen dort die Bearbeitung von Präzisions-Kleinteilen in rund verschiedenen Varianten. Trotz ihrer hohen Performance liegt die Bearbeitungszeit für ein Teil je nach Variante zwischen und Sekunden. Für die Bediener wurde das monotone manuelle Be- und Entladen der Maschinen zur echten Geduldsprobe. Zudem sollten die Teile aufgrund beständig hoher Nachfrage auch in mannlosen Schichten produziert werden.

Nichts lag unter diesen Gegebenheiten näher als die Automatisierung der Fräsmaschinen – aber das bestehende Platzproblem schien das Vorhaben zunächst zu vereiteln. Heiko Röhrig, Vertriebsleiter der auf das Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen spezialisierten EGS Automatisierungstechnik GmbH, erinnert sich: „Tatsächlich schien auf den ersten Blick kein Platz für eine Roboterlösung vorhanden zu sein. Getreu unserem Motto ‚geht nicht – gibt´s nicht’ machten wir uns aber dennoch auf die Suche nach einer Möglichkeit. Nach eingehender Analyse der Situation war klar: Mit dem flexiblen EGS Beladesystem SUMO Duplex und einem kompakten Epson Roboter des Typs ProSix S5L sollte die Applikation zu realisieren sein.“

Dass Röhrig mit dieser Einschätzung richtig lag, beweisen die kürzlich realisierten Zellen, die seit ihrer Inbetriebnahme reibungslos ihren Dienst versehen. Das Bemerkenswerte dabei: Die beiden Zuführsysteme sind harmonisch und elegant seitlich an die zwei Datron M8Cube angedockt. Nichts deutet auf eine Nachrüstlösung hin. Zuführung und Fräsmaschine bilden eine ultrakompakte Einheit. Der Hightech-Charakter der Datron Fräsmaschinen, ausgezeichnet mit dem reddot design award, wird durch die in weiß gehaltenen Zellen und den cleanen, ebenfalls weißen Epson Sechsachser noch unterstrichen.

Masterpiece für das Be- und Entladen Doch die Be- und Entladezellen sind nicht nur was für Schöngeister. Sie erfüllen sämtliche Vorgaben des Anwenders hinsichtlich Autonomie, Produktivität und Flexibilität mit Bravour. Kaum zu glauben, dass solch maßgeschneiderte Lösungen weitestgehend auf Basis von Standardkomponenten zu realisieren sind. Dazu Röhrig: „Wir haben in unsere SUMO-Standardzellen jede Menge Flexibilität eingebaut. So konnten wir das Beladesystem SUMO Duplex seitlich an der Maschine andocken. Dieses clevere Konzept kommt mit einem Platzbedarf von nur 1,5 Quadratmetern aus. Durch den Einsatz von Paletten mit unterschiedlichen Inlays sind wir auch im Hinblick auf das Teilespektrum äußerst variabel. Weiterer Vorteil: Die Zugänglichkeit zur Fräsmaschine bleibt bei der Schutzzaunausführung für den Bediener voll erhalten. So lassen sich Kleinstserien auch im manuellen Modus abarbeiten.“

Standardkomponente zwei, der Epson Sechsachser ProSix S5L, weiß in der Anwendung ebenfalls zu überzeugen. Perfekt und platzsparend angeordnet kann der schlanke Roboter jede Position innerhalb der x Millimeter Standardpalette, über die die Teilebevorratung läuft, erreichen. Dank seiner Reichweite von rund Millimetern kann der Sechsachser auch die Übergabeposition innerhalb der Fräsmaschine präzise anfahren. Neben dem Be- und Entladen übernimmt der Epson Roboter auch das Ausschleusen von Teilen für die statistische Prozesskontrolle sowie das Aussortieren von N.I.O.-Teilen.

Einfache Bedienung – zuverlässiger Betrieb Die Bedienung der Anlage sowie der automatische Ablauf in der Zelle gestalten sich denkbar einfach. Der Arbeitszyklus beginnt mit der Bestückung des Systems. Dazu legt der Bediener zwei Paletten mit unbearbeiteten Werkstücken im System ab, wählt die entsprechende Teilevariante an der Steuerung aus und startet die Anlage. Daraufhin entnimmt der Epson Sechsachser mit seinem Doppelgreifwerkzeug ein unbearbeitetes Werkstück und legt es präzise in das Spannsystem der Fräsmaschine ein. Während der spangebenden Bearbeitung holt der Roboter ein weiteres unbearbeitetes Teil und fährt damit zur Maschine. Hier entnimmt er das Fertigteil, das er später an definierter Position in der Palette ablegt, reinigt mit seiner seitlich am Greifer angeordneten Drucklufteinheit das Spannsystem und bestückt es mit dem zu bearbeitenden Werkstück. Nach diesem Muster erfolgt die Komplettbearbeitung einer Palette.

Anschließend gelangt die zweite Palette mit unbearbeiteten Teilen vollautomatisch in den Arbeitsbereich des Roboters, während die erste Palette automatisch ausgeschleust und vom Bediener gegen eine weitere Palette mit unbearbeiteten Werkstücken gewechselt wird. Der manuelle Austausch der Paletten läuft zeitlich entkoppelt je nach Verfügbarkeit eines Bedieners ohne Unterbrechung des Arbeitszyklus im Hintergrund ab.

Hohe Autonomie – schnelle Amortisation Die Roboterlösung garantiert ein Höchstmaß an Autonomie wie Röhrig betont: „Entsprechend der Bearbeitungszeit der jeweiligen Teilevariante erreichen wir bei einer Bevorratung mit Teilen in zwei Paletten einen autonomen Anlagenbetrieb zwischen 7,5 und ,5 Stunden. Die geforderten mannlosen Schichten lassen sich so problemlos realisieren. Die Amortisationszeit der beiden Anlagen liegt unter den gegebenen Voraussetzungen bei etwa einem Jahr.“

Der Anwender, der bis dato keine Erfahrung im Umgang mit Robotern besaß, ist von der Investition in Automation begeistert. Die Mitarbeiter kommen nach kurzer Schulung mit den Anlagen bestens zurecht und sind von den neuen, spannenden Arbeitsinhalten durch die Robotik angetan. Kein Wunder, dass bereits weitere Automatisierungsprojekte auf der Agenda stehen. Nach den guten Erfahrungen mit den Sechsachsern ProSix S5L, die ihre Arbeit trotz Kontakt mit Spänen und Kühlschmierstoffen stets mit maximaler Zuverlässigkeit erledigen, ist Epson als Roboterlieferant ebenso gesetzt wie der Systemintegrator EGS, der alle Kundenwünsche zur vollsten Zufriedenheit erfüllen konnte.

Text: Ralf Högel

Zudem ist eine vorbeugende Wartung planbar und kann durchgeführt werden, wenn die Anlage bzw. der Roboter verfügbar sind und die tatsächliche Stillstandszeit Ihres Systems während der Wartung ist verglichen mit einem Ausfall durch Defekt aufgrund nicht erfolgter Wartung wesentlich kürzer.

Im Rahmen einer Wartung erhalten Sie darüber hinaus Hinweise zum aktuellen Zustand, Vorschläge für eventuelle Optimierungen, und Hinweise auf empfehlenswerte bevorstehende Reparaturen.

In Summe also viele gute Gründe eine regelmäßige vorbeugende Wartung durchzuführen.

Wir bieten für Anlagen und viele Robotertypen Wartungsverträge mit planbaren und fairen Pauschalpreisen an.

All Inclusive:

Arbeitszeit

Verbrauchsmaterial

Reisekosten und Spesen

Auf Anfrage auch für bereits vorhandene Roboter, die wir nicht geliefert haben.

Drei typische Fragen bzw. Argumente von Kunden wenn es um die Einbaulage von Industrierobotern geht, die auch bei Betrachtung der Datenblätter durchaus sinnvoll erscheinen. Dennoch werden weit mehr als 95% der Roboter am Boden montiert eingesetzt. Das hat mehrere Gründe.

Da sind zunächst die Zusatzkosten für ein entsprechendes Gestell bzw. Portal, denn während der Roboter bei der sogenannten Bodenmontage in der Tat am Boden verschraubt wird (ggf. mit Bodenplatte oder Sockel), reicht die Statik bzw. Befestigungsmöglichkeiten von Wänden oder Decken normalerweise nicht aus um einen Roboter sicher zu befestigen. Daher sind zusätzliche Stahlgestelle oder -portale erforderlich, die entsprechend massiv aufgebaut sein müssen und dementsprechend teuer sind.

Darüber hinaus muss man sich etwas näher mit dem Arbeitsbereich des Roboters und den Achsstellungen in den unterschiedlichen Positionen beschäftigen. Am besten arbeitet der Roboter im Bereich direkt vor sich, in der Regel auf Höhe der zweiten Achse. Dort ist der effektive Arbeitsbereich auch am breitesten, in der Regel liegt näherungsweise dort auch die maximale Reichweite des Roboters. Um Punkte im oberen Teil des Arbeitsbereiches (bezogen auf die im Datenblatt übliche Abbildung stehend) zu erreichen bzw. dort Bahnen zu fahren, gerät er in ungünstige Achsstellungen bzw. muss teilweise „durch sich selbst“ fahren. Daher ist dieser Bereich nicht optimal und somit wäre auch bei deckenhängender Montage das Arbeiten auf Höhe der zweiten Achse anzustreben. Ein „besserer“ Arbeitsbereich ergibt sich also dadurch nicht.

Bei Wandmontage kommt noch ein weiterer Aspekt hinzu. Bei vielen Herstellern ist wandmontiert der Arbeitsbereich der ersten Achse eingeschränkt. Das kommt daher, weil diese Achse dann, entgegen der Situation boden- oder deckenmontiert, das gesamte Gewicht des Manipulators gegen die Schwerkraft anheben oder senken und halten muss. Das schränkt den, wandmontiert ohnehin ungünstigen, Wirkungsbereich des Roboters zusätzlich ein. In der Regel sind so nur Positionen, die in Flucht mit Basis und Roboterarm liegen gut zu erreichen.

Da fast immer einer oder mehrere der vorgenannten Aspekte zutreffen, bleiben die allermeisten Roboter in Ihren Anwendungen „bodenständig“. Gelegentlich werden sie leicht geneigt (im Bereich 10-20°) um so den Arbeitsbereich noch etwas zu vergrößern. Wandhängende oder Deckenhängende Montage bleiben in der Praxis die Ausnahme.

Die EGS Automation beliefert Alesa seit einigen

Jahren mit Automationssystemen für die eigene Fertigung

von Werkzeugen. Da es für die vorgenannte Aufgabe am

Markt keine passende Maschine gab, entschloss man sich

bei Alesa dazu eine eigene Maschine zu entwickeln und

diese dann konsequenterweise auch am Markt anzubieten.

Die neu entwickelte Maschine sollte von Anfang an mit

einer integrierten Automation ausgerüstet und angeboten

werden um den Kunden und Anwendern die bestmögliche

Auslastung der Maschine zu gewährleisten. Aufgrund der

guten Erfahrungen in der eigenen Fertigung wurde EGS mit

der Entwicklung einer entsprechenden Automationslösung

beauftragt.

Die Alesa Denta Combi 160 ist eine Werkzeugschleifmaschine

für Kreissägen bis zu einem Durchmesser von 160mm. Sie

zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass auch bei

mannlosem 24-Stunden Betrieb die Qualität und Ergebnisse

gleichbleibend hoch sind. Zudem erlaubt die kompakte Bauart

der Schleifmaschine bereits Kreissägen ab Durchmesser 40 mm automatisiert zu verzahnen.

Um die Maschine bestmöglich auszulasten ist sie mit einer

automatischen Be- und Entladung ausgerüstet. Die Handhabung der unbearbeiteten Rohlinge sowie der Fertigteile wird dabei von einem 6Achs-Roboter von Yaskawa Motoman übernommen.

Die ultrakompakte Automation ist in die Maschine integriert, der Kunde hat also keinerlei Probleme mit Schnittstellen zu befürchten.

Außerdem ist die Tür zum Bearbeitungsraum für den Bediener voll zugänglich, da der Roboter die Teile durch eine separate Schleuse be- und entlädt. Die Roh- und Fertigteile werden auf zwei Paletten in der Roboterzelle bevorratet. Während der Bearbeitung können jederzeit Fertigteile entnommen und neue Rohteile eingelegt werden. Mittels eines speziell entwickelten Greifwerkzeuges werden die Rohteile sicher vereinzelt und positionsgenau in die Spannvorrichtung der Maschine eingelegt. Der flexible und universelle Knickarm-Roboter erlaubt die einfache Umrüstung auf Werkstücke unterschiedlicher Durchmesser. Die relativ lange Bearbeitungszeit der Werkstücke von 3 bis 5 Minuten stellt keine hohen Anforderungen an die Geschwindigkeit des Roboters und die Taktzeit der Automation. Die Automation dient in diesem Fall dem mannlosen Betrieb der Maschine und vor allen Dingen der bestmöglichen Auslastung, da sichergestellt ist, dass direkt nach Bearbeitungsende das Fertigteil entnommen und ein neues Rohteil eingelegt wird und somit keine unproduktiven Wartezeiten entstehen.Die geringen Abmessungen der Automation mit integrierter Steuerung tragen ihren Teil zum kompakten Gesamtsystem bei.

Warum werden bei Knickarmrobotern die Achsen beschriftet?

Die Drehachsen von sechsachsigen Knickarmrobotern werden von der unterschiedlichen Herstellern auf verschieden Art und Weise bezeichnet. 

Beim Programmieren von Robotern kommt es vor, dass man Achsen einzeln bewegen muss, und daher braucht man genaue Achsbezeichnungen.

Die Bezeichnungen der Einzelachsen von Industrierobotern mit 6 Achsen

Der 6Achs-Knickarmroboter ist eine serielle Kinematik, deren Achsen in Wirkrichtung hintereinander angeordnet sind.

Oftmals wird einfach von unten nach oben durchnummeriert und die Ziffer hinter einen Buchstaben gesetzt, der für den Begriff Achse in unterschiedlichen Deutungen steht (z. B. A1-A6, J1-J6 oder R1-R6).

Unser Roboterpartner Yaskawa hat eine ganz eigene Achsbezeichnung die, von unten nach oben gesehen, das Wort SLURBT ergibt.

Was zunächst unnötig kompliziert anmutet, ergibt bei näherer Betrachtung durchaus Sinn. So steckt doch hinter jedem der Buchstaben eine Wort, dass die Funktion der jeweiligen Achse in englischer Sprache beschreibt und damit die Zuordnung der Buchstaben zu den Achsen einfach macht.

Dabei steht S für Station oder Swing, also die unterste Hauptachse, die die Basis des Roboters darstellt bzw. für das Schwingen des gesamten Armes verantwortlich ist.

Das L für die zweite Achse von unten steht für Lower Arm, also die untere der beiden Hauptachsen, die den gesamten Arm kippen.

Das U für die dritte Achse von unten steht für Upper Arm, also die obere der beiden Hauptachsen, die den gesamten Arm kippen.

Diese erstgenannten drei Achsen werden als Hauptachsen bezeichnet, da sie ersten die drei stärksten Achsen sind und zweitens den Haupanteil an raumgreifenden Bewegungen des Roboters übernehmen.

Kommen wir zu den Handachsen, die für die Bewegungen des Oberarms verantwortlich sind.

Die 4. Achse von unten ist mit R bezeichnet, was für Rotation steht. Sie dreht den gesamten Oberarm.

Am vorderen Teil des Handgelenkes folgt dann als 5. Achse die B-Achse, die für das Beugen oder Bending des Handgelenkes verantwortlich ist.

Und last but not least folgt als 6. Achse, die an der das Werkzeug, also das Tool montiert ist und die daher T-Achse heißt.

Zusammengefasst also:

✏️S=Station oder Swing

✏️L=Lower Arm

✏️U=Upper Arm

✏️R=Rotation

✏️B=Bending

✏️T=Tool

Relevanz beim Programmieren von Robotern

Bei Programmieren von Robotern werden nur selten einzelne Achsen bewegt. In der Regel werden alle Achsen in Bezug auf den TCP (Tool-Center-Point) von der Robotersteuerung interpoliert und der Programmierer bewegt sich in einem kartesischen Koordinatensystem

Wie machen es andere Roboterhersteller?

Bei Kuka werden die Achsen von unten nach oben durchnummeriert und stellt den Ziffern ein A für Achse voran.

Fanuc stellt macht es ähnlich und stellt noch ein J vor jede Ziffer für das Wort Joint

Man möchte einerseits Fertigungsvorgaben bzw. Fertigungsergebnisse direkt zwischen dem ERP-System und der Anlage austauschen. Weiterhin besteht der Wunsch nach dem Erkennen von aufkommenden Ausfällen durch Verschleiß bzw. von Zusammenhängen von verschiedenen Ereignissen und Fehlerbildern.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, bedarf es einer Schnittstelle, die möglichst verbreitet, einheitlich und systemunabhängig ist.

OPC UA (Open Platform Communications United Architecture) ist eine systemunabhängige Schnittstelle, die es ermöglicht Informationen (z.B. aktueller Zustand der Anlage, aktuell laufender Auftrag, Stückzahlen) von einem OPC UA Server abzurufen.  

Auf dem OPC UA Server werden die Informationen gesammelt und bereitgestellt und ein oder mehrere OPC UA Clients können diese dann abrufen oder neu beschreiben / aktualisieren. Der OPC UA Server kann zum Beispiel auf der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) des Automationssystems aktiv sein, und der Client ist ein Leitsystem, das die Informationen des Servers abruft. Die Systemunabhängigkeit ermöglicht es, dass ein Smartphone oder ein Tablet direkt Informationen der Anlage abrufen kann. Es ist nur erforderlich, dass die Steuerung einen OPC UA Server (Zusatzfunktion, z.B. bei der Siemens S7-1500 SPS aktivierbar) besitzt und das eine Software oder App auf dem jeweiligen Gerät installiert ist, das OPC UA unterstützt. Der Informationsaustausch kann über das Firmennetz oder auch über das Internet realisiert werden. Es wäre auch möglich, dass Anlagen mit anderen Anlagen in verschiedenen Werken miteinander Auftragsdaten austauschen. Die Möglichkeit zum Austausch von Informationen über mehreren Produktionsebenen und die Unabhängigkeit des Systems macht OPC UA zu einem wichtigen Teil von Industrie 4.0. Ein Anwendungsbeispiel wäre eine Anlage mit OPC UA Server und ein ERP-System, das als OPC UA Client arbeitet. Ein Werker meldet an einem Terminal-PC über das ERP-System einen Auftrag an, das dann diesen Auftrag (Auftragsnummer, Sollstückzahl, Zeichnungsnummer) an den OPC UA Server der Anlage übergibt. Die Anlage bekommt somit die Freigabe für diesen Auftrag und die Produktion kann durch einen Werker gestartet werden. Die Anlage meldet während der Produktion jedes Werkstück mit Zeitstempel und Messwerten zurück. Das ERP-System kann die Daten, die die Anlage zurückmeldet für den aktuellen Auftrag archivieren.

Auch Störmeldungen können auf diesem Weg zentral erfasst und analysiert werden. Wenn die Anlage eine Störung hat, kann diese die Störmeldung an das ERP-System weiter reichen. Die Instandhaltung kann dann z. B. über einen Terminal-PC über diesen Stillstand der Anlage informiert werden und die Ausfallzeit kann dadurch minimiert werden. Aus der Summe dieser Störungs-Informationen können über längere Zeiträume durch entsprechende Algorithmen u.U. Zusammenhänge zwischen dem Zusammentreffen bestimmter Ereignissen und nachfolgender Störungen ermittelt werden. Weiterhin besteht im Rahmen der Datenerfassung bestimmter Parameter die Möglichkeit vorbeugend und genau zum richtigen Zeitpunkt bevor Ausfälle von Komponenten zu Stillstandszeiten führen, durch Wartungsmaßnahmen Ausfälle zu vermeiden (z.B. kontinuierliche Erfassung des Motorstroms einer Achse und bei ungewöhnlichem Anstieg Untersuchung und Austausch des Getriebes welches die Ursache für die Stromerhöhung war).

Sie dienen der platzsparenden Aufbewahrung, dem Transport sowie der Verpackung bzw. dem Schutz von Bauteilen. Oft wird in ihnen eine größere Menge von Werkstücken einem Prozess zugeführt, z.B. der Reinigung.

Im Hinblick auf Ihre Nutzung in der Automatisierungstechnik dienen Sie der Werkstückbereitstellung und Bevorratung und haben damit ganz wesentlichen Einfluss auf den erforderlichen Aufwand, die Zuverlässigkeit der Automation sowie die Ergonomie in der Werkstückhandhabung durch das Bedienpersonal. Kurz gesagt auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis und damit den ROI (Return on Investment).

Können oder sollen die Werkstücke nicht in Werkstückträgern bereitgestellt werden, sind Feederlösungen, flexible Zuführungen oder Automationslösungen, bei denen die Bauteile händisch in einen Teilespeicher eingebracht werden Alternativen. Beispiele dafür sind der SUMO Flexiplex sowie der SUMO Optiplex aus der Baureihe der SUMO Standardautomation. Mit Feeder Lösungen haben wir uns in einem früheren Blogbeitrag befasst. Generell sind die Lösungen ohne Werkstückträger auf jeden Fall aufwändiger und sehr oft auch störungsanfälliger.

Bei der Nutzung von Werkstückträgern in der Automation, dienen diese der positionierten, oder zumindest orientierten, Bereitstellung von unbearbeiteten Teilen in der Zuführung bzw. der Speicherung der fertigen bzw. bearbeiteten Werkstücke in der Ausgabe.

Dabei entscheiden einige Attribute wesentlich darüber, wie gut sich Werkstückträger für die Automation eignen.

Da wäre zunächst die Stapelfähigkeit. Können Paletten oder Trays gestapelt werden ist dies zunächst eine positive Eigenschaft, da dann Paletten nicht zwingend einzeln in ein System  eingebracht werden müssen, sondern als Stapel, was die Ergonomie für den Bediener vereinfacht und die platzsparenste Variante darstellt. Stapel ist jedoch nicht gleich Stapel. Wesentlich für die gute Funktion ist die Stabilität des entstehenden Stapels sowie die einfache, automatische Trennung einzelner Paletten vom Stapel. Typische Probleme können sein: nicht ausreichende Führung und daraus resultierende Instabilität eines Stapels bzw. Aneinanderklemmen oder Haften von Werkstückträgern am Stapel.

Im ersten Fall führt das zu Problemen beim Transport von Stapeln außerhalb der Automation, z.B. auf Wagen sowie zu Einbußen bei der prozesssicheren Depalettierung in der Automation wegen ungenauer Bereitstellung der obersten Lage.

Weiterhin wesentlich für Prozesssicherheit und Erfolg ist die symmetrische Anordnung der Formnester bzw. Werkstückaufnahmen. Damit ist die Orientierung einer Palette beim Einbringen in die Automation unerheblich und es müssen keine Merkmale zur Lageerkennung eines Werkstückträgers vorhanden sein und in der Automation erkannt und abgefragt werden. Klassisches Beispiel ist die "abgeschrägte Ecke" bei unsymmetrischen Werkstückträgern. Im noch aufwändigeren Fall ohne ein solches Merkmal muss die Orientierung des Werkstückträgers vor der Abarbeitung mit Bildverarbeitung überprüft werden.

Nächster relevanter Punkt ist die Positionsgenauigkeit der Werkstückaufnahmen zum Bezug, den Werkstückträgerkanten. Dabei spielt zunächst die Höhe (Koordinatenrichtung Z) eine Rolle. Ist z.B. der Boden gewölbt (nach oben oder unten) werden die Bauteile dem Roboter in unterschiedlicher Höhe bereitgestellt. Um dies auszugleichen gibt es jedoch einfache und wirkungsvolle Maßnahmen, die zwar zu Lasten der Taktzeit gehen, jedoch ohne großen Zusatzaufwand wirken. Schwieriger wird es, wenn in die Werkstücke der Ebene (Koordinatenrichtung X und/oder Y) ungenau zur Werkstückträgerkante stehen. Dies kann seine Ursache in schlecht gefertigten oder beschädigten Werkstückträgern haben, oder z.B. darin, dass die Werkstücke in einem Inlay oder Blister bevorratet werden, das im eigentlichen Werkstückträger Spiel hat. Bis zu einer gewissen Grenze kann dies noch durch großhubige Greifwerkzeuge bei der Entnahme (siehe dazu auch: Wissensseite Greifwerkzeuge) ausgeglichen werden, beim Ablegen des Fertigteiles entstehen dann jedoch allerspätestens Probleme, da das Greifwerkzeug dann mit dem Werkstückaufnahmen kollidieren kann.

Die Formate, also die Kantenlängen, von Werkstückträgern werden in der Regel bestimmt von verschiedenen Randbedingungen. Eine häufige Grundlage, ist dass sie auf sogenannten Europaletten im Format 800x1200 transportiert werden. Dann ist das Format in der Regel ein Teil dieser Fläche, also 600x800 oder 400x600 oder 300x400mm. Während das erstgenannte Format sich aus ergonomischen Gründen nicht für die Handhabung durch einen Mensch eignet, sind die beiden kleineren Formate wiederum durchaus dazu geeignet.

Oft kommen jedoch auch andere Formate zum Einsatz, deren Größe durch andere Sachzwänge bestimmt wird, sehr oft durch die Verwendbarkeit in bestimmten Einrichtungen, wie z.B. Reinigungsanlagen.

Auf Basis der gängigen Formate gibt es verschiedene Automationslösungen, zum Beispiel unsere SUMO Standardautomationslöungen, die jedoch auch auf spezielle Formate angepasst werden können.

Die Autonomie, also das Fassungsvermögen, eines Werkstückträgers wird neben der Werkstückgeometrie auch von dem resultierenden Gesamtgewicht aus der Werkstückanzahl sowie dem Eigengewicht bestimmt.  Will man einerseits, der Packungsdichte wegen, so viele Teile wie möglich unterbringen, bedarf es für die automatische Handhabung der Werkstücke noch Platz für Greiferfinger und deren Hub. Weiterhin müssen bestückte Werkstückträger unter Umständen teilweise händisch bewegt werden und sollten somit nicht zu schwer sein.

Bei den Ausführungen gibt es sehr unterschiedliche Ansätze, nachfolgend sind beispielhaft einige Ausführungen beschrieben.

Da gibt es zum Einen die klassischen Trays oder Blister, die für einen geometrischen Werkstücktyp bzw. eine Familie  gefertigt sind. Dabei handelt es sich meist um tiefgezogenen Kunststoffträger, in denen entsprechende Formnester eingebracht sind, in denen das Werkstück sicher und positioniert aufgenommen wird. Sollen diese automatisch bestückt bzw. Teile entnommen werden, ist es bereits bei der der Konstruktion des Tiefziehwerkzeuges erforderlich an die Aussparungen für die Greiferfinger eines Greifwerkzeuges zu denken. Um Position und Größe solcher Aussparungen optimal bestimmen zu können, sind wiederum gewisse Grundkenntnisse in Automation und Greiftechnik erforderlich. Wer vorausschauend plant, zieht also bereits bei der Auslegung von Werkstückträgern, den Automatisierer seines Vertrauens zu Rate.

Ähnlich ist die Situation bei der Verwendung von sogenannten Kleinladungsträgern (KLT), die als Hülle dienen, für werkstückspezifische Inlays bzw. Blister die wiederum entsprechende werkstückspezifische Formnester besitzen. In einem KLT können dabei einerseits Inlays für unterschiedliche Werkstücktypen genutzt werden, die dann ihrerseits einfacher und günstiger gestaltet sein können als komplette Werkstückträger, ferner können so unter Umständen mehrere Blister in mehrlagig Platz in einem KLT finden...

Condition Monitoring in der Industrie

Unter Condition Monitoring versteht man die permanente Zustandsüberwachung, Analyse und Auswertung von Prozessparametern einer Anlage oder von Anlagenteilen. Es lassen sich so Maschinen überall auf der Welt - remote vom Schreibtisch oder Smartphone aus - überwachen. Zum einen werden Betriebsdaten wie Stückzähler, Anlagenzustände und Fehlermeldungen analysiert. Darüber hinaus können durch das Sammeln von Daten und das Erkennen von Abhängigkeiten mehrerer Parameter bei Fehlerzuständen, Rückschlüsse für die Fehlervermeidung und damit die Vermeidung von Stillständen gezogen werden. Maßnahmen für Reparaturen und Wartung können dadurch im Voraus geplant und Kosten gesenkt werden.

Vorausschauende Instandhaltung

Predictive Maintenance ist ein vorbeugender Wartungsvorgang, der nicht wie bisher üblich im Rahmen eines fest vorgegebenen Zeitintervalls stattfindet, sondern in Echtzeit von Prozess- und Maschinenparametern ausgelöst wird, die permanent überwacht werden. Mithilfe von vorausschauender Instandhaltung können so Prognosen für Wartungsarbeiten bestimmt werden. Fehler, Verschleiß & Co an Maschinen wird frühzeitig erkannt. Hierbei werden Methoden wie Künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt.

Ändert sich z. B. die Drehmomentkurve einer Roboterachse schleichend über einen gewissen Zeitraum, so kann daraus auf einen bevorstehenden erforderlichen Getriebewechsel geschlossen werden. Dieser kann infolgedessen während eines geplanten Stillstandes durchgeführt werden. Durch die Aufzeichnung von Wechselspielen einer Achse können z. B. Belastungen auf Kabelpakete, die dadurch bewegt werden, ermittelt werden und eine vorbeugende Prüfung bzw. ein Austausch angestoßen werden.

Unterschied Preventive und Predictive Maintenance

Preventive Maintenance lässt sich mit einem jährlichen Gesundheitscheck vergleichen. Wartungen werden regelmäßig durchgeführt, um Ausfälle zu vermeiden. Predictive Maintenance hingegen beruht, wie bereits erwähnt, auf echten Maschinendaten, die mithilfe von Sensoren Messwerte wie Temperatur, Schwingungen und Druck erfassen.

Permanente Überwachung von Robotern und Motoren

Condition Monitoring und Predictive Maintenance betrifft auch Automationslösungen wie Industrieroboter. Roboter bestehen aus vielen verschiedenen Komponenten, die ebenfalls zuverlässig überwacht werden müssen. Dabei kommen innovative Technologien und Verfahren wie Künstliche Intelligenz (KI) oder IoT Lösungen zum Einsatz, durch die Vorhersagen noch besser getroffen werden können.

Auch die Wartung von Fahrzeugen wird mit Überwachungstechniken fundamental optimiert. Mithilfe von Sensoren im Motor, Getriebe oder Getriebemotor können Störungen frühzeitig erkannt und Ausfälle vermieden werden. Die Motoren werden in Echtzeit überwacht und anhand der ausgelesenen Betriebsdaten können dann vorausschauende Wartungsmaßnahmen eingeleitet werden. So wird z. B. der Motorzustand und die voraussichtliche Lebensdauer bewertet. Vor allem bei Elektromotoren kommen die IIoT-Anwendungen zum Einsatz.

Über einen Fernwartungszugang kann eine Remote-Fehlersuche und -behebung angeboten werden; ebenso wie Funktions- oder Ablaufprogrammergänzungen für die Roboter und Motoren einer Anlage oder Maschine. Fehler und Störungen einer Roboteranlage können zu einem sehr großen Anteil über Fernwartungszugänge analysiert und behoben werden. Dies spart Reisekosten und reduziert Stillstandszeiten.

Ein Industrieroboter bietet eine große Bewegungs- und Programmablaufflexibilität. Sollen nachträglich zusätzliche Funktionen und Abläufe integriert werden, so ist das ebenfalls über einen Remotezugang möglich. Roboterprogramme können auch in Simulationsumgebungen getestet werden.

Lösungen von nexofox

Unter nexofox bieten wir ein ganzheitliches Lösungsangebot rund um den Einsatz und die Vernetzung unserer Roboteranlagen und der smarten Motoren von Dunkermotoren. Ganzheitlich heißt zum einen von der ersten Beratung, Analyse und gemeinsamen Konzeptentwicklung, bis hin zur partnerschaftlichen Projektrealisierung. Zum anderen bedeutet ganzheitlich auch von der Feldebene bis in die Cloud aus einer Hand, also von der Anlagenrealisierung bis zu Condition Monitoring & Predictive Maintenance mittels Cloud Services.

Nexofox unterstützt sie bei der Programmierung und Konfiguration, bei der Feld-IIoT-Kommunikation sowie bei der Device Cloud und Smartphone App mit intelligenten Lösungen und Services. Die einzelnen Module und Komponenten können dabei über alle gängigen Schnittstellen integriert werden. Mit OPC UA bieten wir den wichtigsten Marktstandard an, der sich für den plattformunabhängigen Datenaustausch etabliert hat. Ein verantwortungsvoller Umgang mit Ihren Daten versteht sich von selbst. Schon beim Design achten wir auf höchste Sicherheitsstandards.

Weitere wichtige Anbieter im Markt rund um Preventive und Predictive Maintenance sowie innovative Wartungskonzepte sind zum Beispiel Yaskawa, Balluff und Mitsubishi Electric Europe mit ihren MELFA SmartPlus Lösungen und der Marke Maisart. MELFA SmartPlus ist eine Funktionslösung für Roboter des Unternehmens Mitsubishi Electric mit einer integrierbaren Zusatzkarte für intelligente Leistungsmerkmale oder einer Wartungssimulation.

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• Was sind die klassischen Anwendungsfälle, in denen der Wirkungsbereich von Robotern durch Verfahrachsen vergrößert wird?
• Welche Einheiten werden dazu angeboten?
• Was ist dabei technisch zu beachten?
• Wann arbeitet man besser mit mehreren Robotern statt mit einem Roboter auf Verfahrachse?

Es gibt Fälle, in denen man den Arbeitsbereich eines Roboters durch eine Verfahrachse oder ein Verfahrachssystem erweitert. Dabei kann es sich sowohl um eine lineare, als auch rotatorische Achse handeln. Genauso gut kann es aber auch ein Achssystem sein, das den Roboter in mehreren Freiheitsgraden positioniert. Diese Anwendungsfälle kennzeichnet in der Regel, dass entweder der Roboter an einem sehr großen Bauteil arbeitet und die Verfahrachse(n) das Erreichen aller erforderlichen Positionen ermöglicht oder ein Roboter ein Werkstück durch mehrere unterschiedliche Arbeitsstationen schleusen soll, die ohne die Arbeitsbereichserweiterung bzw. mit einem größeren Roboter nicht zu erreichen wären.

Typische lineare Verfahrsysteme sind Fahrbahnen, die entweder am Boden montiert werden oder Portalfahrbahnen bei denen der Roboter hängend an einer Verfahrachse verfährt. Rotatorische Verfahrsysteme werden z.B. bei Handling von Blechen in Abkanntanlagen verwenden um den Arbeitsraum des Roboters wegen der großen und vergleichsweise leichten Bauteile flächig zu vergrößern.

Technisch ist das ganze Thema sehr anspruchsvoll, da einerseits der Roboter mit seinem Eigengewicht bewegt werden muss, dabei aber so stabil und fest montiert und geführt sein muss, dass die dynamischen Kräfte aus der Eigenbewegung sicher übertragen werden und die erforderlichen Genauigkeiten des Gesamtsystems erreicht werden. Ferner müssen die Energieversorgung des Roboters sowie des Werkzeuges entsprechend geführt werden, dazu sind entsprechende Kabelschlepps erforderlich. Steuerungstechnisch wird es meist so gelöst, dass die Verfahrachse(n) als zusätzliche Basisachse(n) für den Roboter über die Robotersteuerung mit interpoliert werden. Teilweise gibt es jedoch auch einfachere Systeme, bei denen nur ein paar fixe Positionen angefahren werden und an diesen das jeweilige Ablaufprogramm angesteuert wird, wenn der Roboter dort angekommen ist. In diesen Fällen wird der Roboter oft pneumatisch bewegt.

In der Regel ist es nicht sinnvoll einen Roboter durch eine Fahrbahn an mehreren unabhängigen Prozessen einzusetzen, wenn diese nicht direkt zusammen hängen. Einerseits liegen die Kosten für eine Fahrbahn je nach Länge, meist in der gleichen Höhe wie ein weiterer Roboter, außerdem sind dann alle Prozesse in einem Sicherheitskreis zusammengeführt, was die komplette Anlage (z.B. bei NotAus oder Öffnen des Sicherheitskreises) stillsetzt. Und weiterhin kann ein Roboter auf einer Fahrbahn immer nur einen von beiden Prozessen sequenziell bedienen, während zwei Roboter zwei Prozesse unabhängig voneinander parallel bedienen können. Außerdem ist die Wiederverwendbarkeit von zwei einzelnen Robotern größer als sie es von einem Roboter-Fahrbahn-System ist.

Um auch in diesem Gebiet wirtschaftliche Automatisierungslösungen anbieten zu können, haben verschiedene Roboterhersteller in den letzten Jahren spezielle Roboter mit integrierten Kraftsensoren auf den Markt gebracht.

Solche Spezialroboter sind jedoch in der Anschaffung sehr teuer. Die Alternative hierzu ist einen Standard-Industrieroboter mit einem Kraft-Momenten-Sensor (KMS) auszurüsten. Dieser Sensor wird zwischen Roboterflansch und Greifer / Werkzeug angebracht. Somit ist es möglich alle auf das Werkzeug wirkenden Kräfte zu erkennen. Der Standardroboter bekommt quasi „Gefühl“ und kann somit kraftgesteuerte Bewegungen in allen sechs Freiheitsgraden durchführen.

Der Aufbau eines Kraft-Momenten-Sensors lässt sich kurz wie folgt verdeutlichen: Im Inneren des Sensorgehäuses befinden sich drei, im 120°-Winkel zueinander, radial angeordnete Metallstege. Wird nun eine Kraft aufgebracht verformen sich diese Stege im Mikrometerbereich. Diese Verformung lässt sich mittels, auf den Stegen aufgebrachten, Dehnungsmessstreifen oder piezoelektrischen Elementen, detektieren. Die so erhaltenen elektrischen Signale werden von der Elektronik des Sensors in Kraft- und Drehmomentwerte umgerechnet.

Das durch den KMS hinzugewonnene „Gefühl“ ermöglicht es einen Standardroboter auch Aufgaben durchführen zu lassen bei denen zuvor der Mensch mit seiner Sensibilität und seinem Feingefühl eingesetzt werden musste. Das dadurch neu erschließbare Einsatzgebiet ist sehr vielfältig und kann vom Fügen und Montieren eng tolerierter über das Handhaben zerbrechlicher und stoßempfindlicher Bauteile bis hin zur Qualitätssicherung im Montageprozess gehen. Im zuletzt genannten Fall können zum Beispiel bei Montageprozessen die auftretenden Kräfte und Momente detektiert werden, wodurch es möglich wird schon während der Montage Unregelmäßigkeiten im Prozess festzustellen ohne, dass ein zusätzlicher Arbeitsschritt zur Qualitätskontrolle durchgeführt werden muss. Somit lässt sich auch bei großen Stückzahlen eine 100%-Prüfung in den Montageprozess integrieren.

Die Einsatzmöglichkeiten von Kraft-Momenten-Sensoren in der Robotik sind noch lange nicht ausgeschöpft und bieten auch in Zukunft viel Raum für neue Automatisierungslösungen und Innovationen.