Multifunktionaler Palettierroboter von Parkem AG Motion Control

>> Ein namhafter, auf die Medizinindustrie spezialisierter Anlagenbauer, benötigte für mehrere Produktionslinien einen multifunktionalen und kostengünstigen Palettierroboter. Die Realisation der gesamten Palettierzelle übernahm Patric Concept SA, welche bezüglich Portallösung mit dem Antriebsspezialisten Parkem AG eng zusammenarbeitete.

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Diese Palettierzelle ist in erster Linie für die Medizinindustrie konzipiert, kann aber aufgrund ihrer Multifunktionalität auch auf andere Industrien wie Uhren, Food, Verpackung, Verbindungstechnik oder auch für die allgemeine Handhabung angepasst werden.

MSM-Chefredaktor Jean-René Gonthier befragte dazu die Herren Blaise-Alain Junod, CEO Patric Concept SA, sowie Martin Meier, Verkaufsleiter bei Parkem AG.

MSM: Was macht diesen Roboter denn zu einem multifunktionalen Palettierroboter?

Blaise-Alain Junod: Dieser Palettierroboter erledigt in der gleichen Konfiguration mehrere Aufgaben gleichzeitig. So kann er zum Beispiel Teile verschiedenster Art be- und entladen, wobei sich die Trays bei den beiden Vorgängen unterscheiden können. Zwischen Be- und Entladen können natürlich weitere Arbeitsschritte wie Kontrolle oder Umorientierung der Teile ausgeführt werden. Auch die Kadenz zwischen Be- und Entladung kann unterschiedlich sein. Aufgrund dieser Aspekte können wir diesen Palettierroboter durchaus als universell oder multifunktional bezeichnen.

Was genau macht denn der von Ihnen entwickelte Palettierroboter?

Junod: Unser Handlingsystem wird am Anfang oder am Ende einer Anlagenlinie platziert. Dabei übernimmt es zum einen die Zu- und Wegführung der Trays in die Anlage und aus der Anlage. Zum anderen arbeitet das System als Pick-&-Place, indem es gleichzeitig mehrere Teile greifen und von den Trays in die Anlage oder umgekehrt platzieren kann. Der Greifer ist entsprechend multifunktional ausgestattet, damit er mit Saugnäpfen die Teile und mit Klemmen die Behälter greifen kann. Eine weitere Funktion ist das Stapeln und Entstapeln der Trays in/aus einem Puffer.

Um was für eine Systemlösung handelt es sich beim Parkem-Portal für Patric Concept?

Martin Meier: Herr Junod suchte grundsätzlich ein XYZ-Achsenportal für die Integration in seine Palettierzelle. Dabei war das wichtigste Kriterium der notwendige Hub aller Achsen kombiniert mit den eingeschränkten Aussenabmessungen des Systems. Ein besonderer Knackpunkt war dabei die eingeschränkte Raumhöhe, welche keine konventionelle Z-Achse zuliess. Nach der Besprechung und Analyse des Pflichtenheftes haben wir eine Portallösung mit teleskopischer Vertikalachse vorgeschlagen, um das Limit in der Höhe nicht zu überschreiten. Es folgten mehrere Besprechungen bei Patric Concept vor Ort, eine davon auch mit einem Systembau-Spezialisten von Parker Deutschland, um das System ins Detail zu definieren und auszulegen. Die grösste Herausforderung war nach wie vor die Aussenabmessung des Systems, welche uns neben der eingeschränkten Raumhöhe auch in Breite und Länge vor grosse Herausforderungen stellte. Ausserdem wurde die Schnittstelle des Parkem-Portals mit der Palettierzelle von Patric Concept festgelegt. Das ausgearbeitete Portal besteht aus einer doppelten X- und Y-Zahnriemenachse. Die darin eingesetzte Kunststoff-Laufrollenführung ist reinraumtauglich und ideal geeignet für den Einsatz in der Medizinindustrie. Die Z-Achse wird ebenfalls mit Riemen über einen ausgeklügelten teleskopischen Aufbau bewegt. Aufgrund der eingeschränkten Platzverhältnisse müssen spezielle Adapterplatten zwischen den Achsen eingesetzt werden, da beispielsweise die Montage der Y-Achse auf dem Läufer der X-Achse zu breit gebaut worden wäre (Tothub der Umlenkrollen etc.). Das Portal wird komplett inklusive aller Verbindungsteile geliefert und kann von Patric SA einfach aufgebaut werden. Auch die Schleppketten sind im System bereits integriert. Schnittstelle zum Rahmen der Palettierzelle sind sechs einstellbare Distanzplatten, welche an den X-Achsen befestigt sind. Da der Endkunde den Antriebshersteller vorgeschrieben hat, lieferten wir Planetengetriebe mit kundenspezifischem Flansch für die Servomotoren. Wir stellten Patric Concept von jeder Version unserer Portallösung 3D-Zeichnungen zur Verfügung, damit die Integration in die Palettierzelle optimal geplant und uns noch Änderungen durchgegeben werden konnten, bis die finale Lösung bis ins letzte Detail definiert war. Jedes der inzwischen zehn gelieferten Systeme wurde vor der Auslieferung beim Hersteller Parker aufgebaut, auf Funktion und Kombinierbarkeit geprüft und wieder abgebaut. Patric Concept baut die Systeme in Eigenregie wieder auf und integriert sie in die Palettierzelle. Danach führt Patric Concept zusammen mit dem Auftraggeber die Inbetriebnahme der Antriebe und vollständige Funktionskontrolle aller Prozesse durch.

Welche Gründe führten zum Entscheid, ein Achsenportal anstelle eines Roboters einzusetzen?

Junod: Es war klar eine Frage der Kosten. Roboter sind zu flexibel, um einfache kartesische Bewegungen auszuführen. Der typische Roboter hat sechs Achsen, wir brauchen jedoch nur deren vier. Ein Roboter rechnet sich ja vor allem dann, wenn eine Anwendung regelmässig neu programmiert werden muss. Dies ist in unserer Applikation nicht der Fall, da Basisfunktionen erfüllt werden wie Auf- und Abstapeln, volle Trays durch leere austauschen und diese wieder füllen. Ein weiterer Aspekt ist die Entnahme von Proben, was für die Qualitätskontrolle notwendig ist. Die Probeentnahme ist ohne Anhalten der Anlage oder Öffnen von Sicherheitstüren möglich und erfüllt gleichzeitig sämtliche Vorschriften bezüglich Personensicherheit.

Meier: Die Portal-Lösung, welche wir für Patric Concept ausgearbeitet haben, basiert nicht zuletzt auch wegen den tief zu haltenden Kosten auf einer Standardportal-Lösung (siehe Kastentext). Dabei handelt es sich um fertig ausgelegte und vordefinierte Portale in neun verschiedenen Varianten (Lasten), wobei die Hublängen auf den Millimeter frei gewählt werden können. Zu sämtlichen Standardportal-Varianten sind alle technischen Daten und 3D-Zeichnungen abrufbar, was die ganze Grundarbeit für die Erstauslegung erübrigt. Durch die Standardisierung dieser Portal-Varianten können die Preise wie auch die Lieferzeiten tief gehalten werden. Natürlich mussten wir etliche Anpassungen vornehmen, um die spezifischen Bedürfnisse bezüglich Aussenabmessungen zu erfüllen. Dennoch war über die Hälfte der Arbeit bereits vor Projektstart erledigt.

Junod: Parkem hat uns ja nicht nur das Portal an sich – also die Achsen und Getriebe – geliefert, sondern neben Verbindungsteilen und Adapterplatten auch das gesamte Kabelmanagement. Sämtliche Schleppketten inklusive Stützprofile gehörten auch zum Lieferumfang. So gesehen haben wir ein komplettes Sub-System bei Parkem beziehen können, was bei uns Ressourcen und Zeit eingespart hat.

Gab es neben den Platzverhältnissen weitere Herausforderungen?

Junod: Eine grosse Herausforderung war die Entwicklung des Greifers, da er ebenfalls mehrere Funktionen erfüllt und die Trays zudem relativ gross und bezüglich Verbiegen und Verwinden instabil sind. Die Trays werden vom Greifer her zuerst zentriert ausgerichtet und dann mit mehreren um den Tray verteilten Fingern gegriffen. Aber das ist noch nicht alles: Der Greifer kontrolliert zunächst die Höhe des Tray-Stapels, bevor er ein Tray greift. Eine zweite Kontrolle definiert, ob es sich um ein leeres oder volles Tray handelt. Derselbe Greifer ist auch mit Saugnäpfen ausgerüstet, um die Teile im Verbund aus den Behältern zu holen und wieder hineinzulegen.

Die Portale funktionieren beim Kunden nun problemlos?

Junod: Ja, es sind bereits zehn Systeme in verschiedenen Anlagelinien integriert und tun dort ihren Dienst. Ich denke, es war eine Herausforderung, die wir gut gemeistert haben. Dies auch dank der guten Zusammenarbeit mit Parkem, welche immer sehr rasch Antworten und Anpassungen zum System liefern konnte. <<

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