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Roboter automatisiert Rundtakt-Werkzeugmaschine

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In der Kombination von innovativer Produkt- und effizienter Produktionstechnologie erkennt ein schwäbisches Unternehmen die wirtschaftliche Alternative zur Produktion in Billiglohnländern. Wie solche Lösungen in der Praxis aussehen, zeigt die Automatisierung einer bewährten Rundtaktmaschine mit einem Sechsachs-Roboter TX 90 XL der neuesten Stäubli Generation.

Produkte der Bürkert Fluid Control Systems GmbH finden überall dort Einsatz, wo fluidische Medien strömen, die gemessen, gesteuert und geregelt werden müssen. An sieben weltweiten Produktionsstandorten und 40 Niederlassungen beschäftigt der Marktführer für Fluid Control Systems rund 1700 Mitarbeiter. Die Produktpalette reicht von einfachen Magnetventilen über Prozess-und Analyseventile, pneumatische Aktoren und Sensoren bis hin zu kompletten Anlagen.

Die BDG GmbH, ein von Bürkert und den Gebrüdern Dümmlern gemeinsam gegründetes Systemhaus, übernimmt seit 1998 die professionelle Realisierung maßgeschneiderter Montagelinien und Sonderanlagen sowohl für die Muttergesellschaft als auch für externe Auftraggeber. Nach zahlreichen Sonderanlagen für die Kunststoffspritzgussfertigung, von Hybriden Montageplätzen über Drehtellermontageanlagen bis hin zu Prozessmodularen Linearsystemen und Inline-Montageanlagen, in denen das BDG-Team zur Handhabung wiederholt Sechsachs-Roboter einsetzte, wurde erstmals eine Automatisierungslösung im spanenden Bereich realisiert.
Brandneue Sechsachser-Baureihe für mittlere Traglasten
Wieder ist es ein Stäubli-Knickarmroboter, der hier die zentralen Handhabungsaufgaben bravourös erfüllt: ein kompakt bauender, langarmiger TX 90 XL. Nicht vor der jüngsten oder teuersten CNC-Maschine mit integrierter Handhabungslösung verweilen die Fachbesucher in Werk 6 in Ingelfingen-Criesbach seitdem regelmäßig. Vielmehr zieht eine bullige Diedesheim Diamat mit Handhabung durch den graziösen Knickarmroboter der brandneuen Stäubli-Baureihe das Augenmerk auf sich. „Es muss der Kontrast zwischen dem großen Rundtakt-Urgetüm und dem schlanken, langarmigen Sechsachser sein, der unsere von BDG automatisierte Anlage für die Fachwelt so interessant macht“, meint Marc Scheufler, Bürkert Teamleiter Gehäusetechnik.
Eine Erweiterung der Produktpalette war der Grund für die Automatisierung der bestehenden Rundtaktmaschine mit immer noch hervorragenden Leistungsdaten, die bislang manuell beschickt wurde. Schon seit zwölf Jahren produziert diese Ventilgehäuse aus rostfreien Stählen in sechs Baugrößen zwischen 20 x 25 x 10 mm und 32 x 46 x 18 mm mit derzeit 75 Varianten und Losgrößen zwischen 500 und 10 000 Stück. Es galt, die Forderung nach zusätzlicher Kapazität bei wachsender Variantenvielfalt zu erfüllen.
Eine „Make or Buy-Analyse“ zeigte den wirtschaftlichen Weg: „Automatisierung der bestehenden Maschine“. Dazu Jürgen Lorenz: „Ab einer gewissen Investitionsgröße kaufen wir ausschließlich integrierte Handhabungslösungen vom Maschinenhersteller. Doch es ist ein Unterschied, ob man an einem Low-Cost-Standort eine neue Fertigung mit hochmodernen Neumaschinen aufbaut oder die Wirtschaftlichkeit eines bestehenden Standortes gehalten werden soll. Wir sehen die Zukunft am Standort Deutschland in der Kombination Produkttechnologie plus maßgeschneiderte Produktionstechnologie als Alternative zum neuen Standort im Osten. Deshalb war in diesem Fall eine kostengünstige Automatisierung der bestehenden Maschine die richtige Lösung.“
Leicht, kompakt bauend, positionsgenau
Positioniergenauigkeit des Werkstücks in den Spannbacken der Werkzeugmaschine von 0,05 mm, kurze Taktzeiten einschließlich Nebenzeiten und ein Höchstmaß an Flexibilität lauteten die Hauptforderungen an die Automatisierung, die mit der realisierten Lösung hervorragend erfüllt werden. BDG-Verantwortlicher Lars Brenner erklärt: „Die unbearbeiteten Werkstücke weisen noch starke Toleranzen auf, müssen aber, vom Roboter geführt, auf der Frässtation mit einer 0,2 mm Fase versehen werden. Die Wechselgreifer, BDG-Eigenbauten, müssen diese Materialschwankungen ausgleichen, um die präzise Bearbeitung zu erzielen.“
Auch in XL-Ausführung mit 1,45 Meter Reichweite bewegt sich der Stäubli TX 90 gut innerhalb der Genauigkeitsforderungen im Hundertstel-Bereich. Darüber hinaus punktet der brandneue Roboter-Typ durch kompakte Bauweise und geringes Gewicht, was sich bei dieser Applikation als entscheidender Vorteil erweisen sollte, denn es gab keine Möglichkeit, den großen Sechsachser auf einem soliden Beton-Fundament zu montieren. Vielmehr thront der Stäubli auf dem zur Rundtaktmaschine gehörigen 1 800 Liter Kühlschmierstofftank, der mit einem Träger verstärkt wurde. „Der TX 90 baut schlanker und bringt dabei weniger Gewicht auf die Waage als das Vorgängermodell. Das heißt weniger Masse, die Vibrationen erzeugen könnte – in diesem Fall ein wichtiger Qualitätssicherungs-Aspekt“, freut sich Marc Scheufler.
Fünf Hauptpositionen für fünf verschiedene Prozesse liegen im beachtlichen Aktionsradius des Knickarmroboters. Dies sind die Werkstückzuführung, Entgratungsstation per pneumatischem Fräser, die daneben liegende Wendestation, die Werkstückaufnahme des Diedesheim Rundtakttisches und ein Rollenband, auf dem manche Teilefamilien zur Bearbeitung in einer zweiten Aufspannung rückgeführt werden. Einschließlich der vorwiegend stechenden Bearbeitungen auf den sechs Bearbeitungsstationen der Rundtaktmaschine mit jeweils drei angetriebenen Werkzeugen ergeben sich Stückzeiten von rund 25 Sekunden. „Diese Taktzeiten haben wir früher auch geschafft. Doch heute übernimmt der Roboter weitere Bearbeitungsprozesse, wie das Entgraten. Das früher nötige Trommelentgraten einschließlich nachgeschaltetem Waschvorgang entfällt. Außerdem arbeitet die Anlage während der Pausen und der dritten Schicht. Wir sind also deutlich produktiver geworden“, resümiert Scheufler.
Flexible Anlagenkonzeption
Die flexible Anlagenkonzeption, deren Zentrum der langarmige Knickarmroboter bildet, erschließt weitere Vorteile. Sechs Gehäuse-Rüstfamilien, aus denen sich 75 Varianten multiplizieren, variieren nicht nur in ihren Dimensionen, sondern darüber hinaus in der Art und Vielzahl der Bearbeitungen. Bei mehr als vier zu bearbeitenden Seiten des Edelstahlgehäuses wird eine Bearbeitung in zweiter Aufspannung erforderlich. Dann werden die Werkstücke nicht in Lagerfix-Körben, sondern in Trays abgelegt und auf dem Rollenband zurück in den Arbeitsbereich des Stäubli geführt. Nicht von der Vereinzelung, sondern von dieser Position sind in dem Fall die Werkstücke abzuholen. Rüstzeiten innerhalb der Rüstfamilien betragen in der Regel weniger als zwei Stunden für die Gesamtanlage. Dabei schlägt die Umrüstung des Roboters lediglich mit wenigen Minuten zu Buche, denn alle Positionen sind im Stäubli-eigenen Hochleistung-Controller CS 8 C hinterlegt.
„Mit dem Anlagenkonzept sind wir extrem flexibel, denn die Programme können ohne Kollisionsgefahr untereinander gemischt werden“, erklärt Lars Brenner. Der Bediener hat die Wahl, Identnummern einzugeben, denen gewisse Gehäuse hinterlegt sind, oder eine andere Größe innerhalb einer Minimum- und Maximumgrenze einzustellen. Weiterhin hat er die Möglichkeit, die Reihenfolge der Arbeitsschritte beliebig zu verändern.“ Auch hinsichtlich künftiger Upgrades für neue Produktstrukturen haben die BDG-Programmierer mit Unterstützung des Roboter-Herstellers gut vorgesorgt: Anpassungen lassen sich unkompliziert und schnell durch das Bürkert-Team teachen.
Sowohl bei Bürkert als auch im Systemhaus BDG ist man mit der Roboter-Handhabungslösung der Diedesheim Diamat sehr zufrieden. „Durch die Automatisierung wird eine Prozessstabilität erreicht, die in Richtung Null Fehler geht. Auch unter dieser Prämisse wurde die Automatisierung eingeführt“, resümiert Fertigungsleiter Jürgen Lorenz. Klassische Fehlerquellen der manuellen Handhabung werden sicher ausgeschlossen. Die Prozessqualität ist gestiegen, die Produktqualität gesichert. „Wir haben im Prozess sehr viel dazugelernt und eine neue Peripherie aufgebaut. Diese Erfahrung werden wir definitiv für künftigen Sonderanlagenbau der BDG nutzen und entsprechende Standards schaffen. Davon werden unsere Kunden in Form von kurzen Realisierungszeiten profitieren“, blickt Lars Brenner in die Zukunft. Zusammen mit Bürkert wird bereits eine neue automatisierte Linie in der spanenden Bearbeitung geplant. Mindestens ein Stäubli-Roboter wird wieder dabei sein.
Stäubli Robotics Tel. 0921/8830, Fax 0921/21060 www.staublirobotics.com
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