Handhabungslösungen für die Automobilindustrie

Flexibles Blechteilehandling in beengten Räumen

| Redakteur: Silvano Böni

Mithilfe des SCHUNK Backenschnellwechselsystems können die Greifer in Sekundenschnelle auf eine neue Teilegeometrie umgerüstet werden.
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Mithilfe des SCHUNK Backenschnellwechselsystems können die Greifer in Sekundenschnelle auf eine neue Teilegeometrie umgerüstet werden. (Bild: Schunk Intec AG)

Wenn unterschiedliche Blechteilvarianten auf begrenztem Bauraum voll automatisiert gehandhabt werden müssen, sind herkömmliche Schwenkspanner oder Sauggreifer schnell überfordert. Ein Fall also für aufwändige Sonderlösungen? Keineswegs. Der Automatisierungsspezialist Indat Robotics zeigt, dass Standardmodule mit dem entsprechenden Zubehör und Know-how in kompakte und anpassungsfähige Greifsysteme für die Automobilindustrie verwandelt werden können.

Mehr denn je bewegt sich die Anlagenautomatisierung der Automobilindustrie in dem Spannungsverhältnis zwischen Flexibilität, Prozessstabilität und Wirtschaftlichkeit. Möglichst viele Teilevarianten sollen mit minimalem Rüstaufwand auf immer kleinerem Bauraum gehandhabt werden. Spätestens wenn Roboter tief in Ladungsträger eintauchen, um Blechteile zu entnehmen oder abzulegen, geht es um jeden Millimeter, zumal sich die Toleranzen der Bauteile, des Ablagesystems und der Fixierung gefährlich aufaddieren können. Carsten Jakobi, Konstruktionsleiter Mechanik bei der Indat Robotics GmbH in Ginsheim-Gustavsburg, kennt diese Herausforderung. Indat liefert massgeschneiderte, schlüsselfertige Roboteranlagen für die Automatisierung anspruchsvoller Fertigungs-, Montage- und Handlingprozesse, flexible Roboterzellen sowie Portalroboter für spezielle Anforderungen. Insbesondere in Automotive-Anwendungen verfügt der Anlagenbauer über reichlich Erfahrung mit kniffligen Aufgaben. «Wenn grosse Blechteile aus Ladungsträgern zu entnehmen sind, besteht häufig die Gefahr, dass sich einzelne Teile in der Box verhaken», berichtet Jakobi. Sollen dann auch noch unterschiedliche Geometrien auf ein und derselben Anlage gehandhabt werden, braucht es gleichermassen kompakte wie vielseitige Greifsysteme, die die Bauteile zuverlässig in die korrekte Lage bringen und Massabweichungen kompensieren.

Standardmodule als Basis

An einer Anlage zur Beladung von Laserzellen im Volkswagen Presswerk Wolfsburg, die unter der Projektleitung von Volkswagen Technikplaner Tobias Krämer entwickelt wurde, wird deutlich, wie der Spagat gelingt: Ein Roboter entnimmt einzelne Blechteile aus standardisierten Ladungsträgern und führt sie einem Rundtisch zu. Nach der Bearbeitung werden die Fertigteile gewendet und von einem zweiten Roboter in einen zweiten Ladungsträger gestapelt. Insgesamt vier Bauteilvarianten mit unterschiedlichen Geometrien kann die kompakte Anlage zuverlässig handhaben. Hierfür nutzt Indat eine Greiferlösung, die in Zusammenarbeit mit dem Kompetenzführer für Spanntechnik und Greifsysteme Schunk aus modifizierten Standardkomponenten konstruiert wurde. Zentrales Modul ist ein vielzahngeführter Schunk-Universalgreifer PGN-plus 200, der mithilfe des Schunk-Backenschnellwechselsystems Bsws in Sekundenschnelle auf einen neuen Backensatz und damit auf eine neue Bauteilgeometrie umgerüstet werden kann. Damit erfüllt er zwei wesentliche Voraussetzungen: Er baut extrem kompakt und deckt das komplette Teilespektrum ab. Die Greifkraft des PGN-plus wurde für die Anwendung so gedrosselt, dass die Blechteile zuverlässig gehandhabt und dabei doch nicht deformiert werden. «Mit dem Schunk-Greifer und den speziellen Backen kann ich die einzelnen Greifsituationen zuverlässig meistern: sowohl in der Box als auch beim beidseitigen Zugriff an der Wendestation», erläutert Carsten Jakobi. «Ein Vakuum- oder Klemmgreifer wäre für so eine Anwendung nicht geeignet, erst recht nicht, wenn, wie in unserem Fall, eine Art Banane gegriffen werden muss.» Seiner Ansicht nach übernimmt der Greifer in dem kompletten Handhabungsprozess die zentrale Rolle. «Mit ihm steht und fällt die Lösung. Er muss das Teil sicher durch die Anlage bringen und darf es nicht beschädigen.»

Minimale Rüstzeiten

Anstelle einer Eigenkonstruktion nutzt Indat zum rasanten Backenwechsel die standardisierten Schunk-Schnellwechselmodule Bsws. Verglichen mit konventionellen Lösungen senkt das System die Rüstzeiten um bis zu 90 Prozent. Eine leicht zugängliche, formschlüssige Verriegelungsmechanik gewährleistet, dass der Fingerwechsel in Sekundenschnelle per 90°-Drehung eines Innensechskantschlüssels wiederholgenau erledigt ist. Da im Gegensatz zu den am Markt gängigen Lösungen keine Durchgangsbohrungen durch den kompletten Finger nötig sind, profitieren Anwender zusätzlich von einem Höchstmass an Gestaltungsfreiheit bei der Fingerkontur: Die Finger können über ihre komplette Länge hinweg ans jeweilige Werkstück angepasst werden, ohne dass der Backenwechsel und die dafür erforderlichen Schraubverbindungen berücksichtigt werden müssen. Das Bsws besteht aus einer Basis, die fest mit dem Greifer verschraubt wird, und zwei Adapterzapfen, die an die zu wechselnden Aufsatzbacken befestigt werden. Eine formschlüssige Verriegelungsmechanik gewährleistet den schnellen Austausch der Greiferfinger. Bei Indat hat sich das Schnellwechselsystem bereits seit über einem Jahr bewährt. «Es ist einfach und zuverlässig, hat ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und senkt unseren eigenen Konstruktionsaufwand», so Jakobi. Indat verkaufe seinen Kunden eine definierte Umbauzeit und die werde mit dem Plug-&-Play-System zuverlässig eingehalten. Um beim Rüstvorgang eine Verwechslungsgefahr zwischen den beiden Robotern auszuschliessen, sind die Greiferbacken jeweils mit zwei Nuten ausgestattet. So ist es möglich, die Teile sowohl von oben als auch von unten zu greifen. Eine Indexierung verhindert, dass linke und rechte Backe vertauscht werden. Zudem überwacht die Anlage via Transponder, dass der zum Bauteil passende Backensatz gerüstet ist. Um Form- und Lagetoleranzen beim Greifvorgang zu kompensieren, ist jeweils eine Greiferbacke definiert nachgiebig gelagert. Niederhalter bewegen das Bauteil in die korrekte Position.

Ausgleichsmodule schonen die Anlage

Um Anlagenstörungen zu minimieren und die Lärmbelastung während der Handhabung zu senken, sind die Greifmodule über eine Schunk-Ausgleichseinheit Age-S und ein Schunk-Kollisions- und Überlastmodul OPR mit dem Roboter verbunden. «Die Age bewirkt, dass die Teile nicht mit der brachialen Gewalt des Roboters aus der Box gezogen werden, sondern nur mit der eigenen Gewichtskraft anliegen», erläutert Jakobi. Als flexibles Ausgleichselement raubt die für mittlere und schwere Lasten ausgelegte Age-S dem Roboter die Kraft und kompensiert sowohl unterschiedliche Höhenverhältnisse als auch horizontale Wegetoleranzen. So lässt sich verhindern, dass Teile verkanten oder verklemmen. Zudem sinkt der Geräuschpegel. Ein in die Ausgleichseinheit integrierter Positionsspeicher sorgt dafür, dass der Greifer die Teile beim Be- und Entladen der Boxen auch in Schrägstellung zuverlässig hält, ohne dass eine Auslenkung erfolgt. Wird die Einheit anschliessend wieder weich geschaltet, fährt sie wieder automatisch zurück in ihre Nullposition. Das Schunk-Kollisions- und Überlastmodul OPR wiederum gewährleistet in der Anwendung die nötige Nachgiebigkeit des Frontends und verhindert Schäden, wenn doch einmal ein Teil verkantet. Kommt es zu einer Kollision oder Überlast, lenkt das System unmittelbar aus und bewirkt einen sofortigen Not-Halt der Anlage. Das Besondere: Entfernt sich der Greifer wieder vom Kollisionsobjekt, kehrt das Modul dank Selbstrückstellung automatisch in den ursprünglichen Betriebszustand (Tool Center Point) zurück, so dass unmittelbar weiter produziert werden kann. Die Ansprechempfindlichkeit des OPR ist über den Betriebsdruck einstellbar, die Überlasterkennung erfolgt in X-, Y- und Z-Richtung, ebenso bei Drehung um die X-, Y- und Z-Richtung.

Details entscheiden

Um ein derart kompaktes und vielseitiges Greifsystem prozessstabil zu realisieren, ist nach Ansicht von Carsten Jakobi ein enges Zusammenspiel zwischen dem Anlagenbauer und dem Komponentenlieferanten erforderlich. «Wir haben die Erfahrung, wie man so eine Anlage prozesssicher gestaltet, Schunk wiederum hat die Erfahrung, wie eine solche Lösung am besten im Baukasten unterzubringen ist», betont der Automatisierungsexperte. Dabei ginge es um deutlich mehr als nur um einen Baukasten für Greifmodule. «Den haben viele», so Jakobi. Vielmehr seien die vielen Details entscheidend, angefangen von der Übersichtlichkeit der Kataloge, über die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Module bis hin zu Fingerrohlingen und Adapterplatten, mit denen bei Schunk so gut wie alles zu lösen sei. Letztlich entscheidend seien jedoch zwei Punkte: der intensive Gedanken- und Ideenaustausch sowie die Möglichkeit, auch komplette plug-&-work-fähige Baugruppen von Schunk zu beziehen. Gerade in nachfrageintensiven Zeiten könnten auf diese Weise die eigenen Kapazitäten in Konstruktion und Montage deutlich entlastet werden. <<

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