Mit Robotern Personalmangel abfedern Roboter be- und entladen BAZ und Reinigungsanlage

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Ein Hersteller von Komponenten und Komplettsystemen für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik in Landau in der Pfalz hat das Be- und Entladen seiner Bearbeitungszentren und die Reinigung der gefertigten Bauteile mit Robotern von Yaskawa automatisiert.

Der Heizungs- und Klimaanlagenhersteller in Landau verfügt über eine grosse Fertigungstiefe. Entsprechend gut ausgestattet ist die Produktion. Bearbeitungsmaschinen aller Art arbeiten hier im Schichtbetrieb, darunter auch mehrere baugleiche Bearbeitungszentren von Alzmetall, die die spanende Bearbeitung unterschiedlich langer Rohre übernehmen, die später als Verteilsysteme für Fussbodenheizungen dienen.

Fachkräfte fehlen

Über zehn Jahre lang war das Be- und Entladen dieser Bearbeitungszentren Aufgabe angelernter Mitarbeiter, die diesen Job in Mehrmaschinenbedienung ausführten. Warum das Unternehmen dennoch dringend in die Automatisierung dieser Maschinen investieren musste, erläutert Andreas Becker, Industrial Engineer bei Watts Industries: «Wir leiden hier am Standort massiv unter Personalmangel. Um den kontinuierlichen Betrieb der Maschinen im Schichtbetrieb sicherzustellen, blieb nur die Investition in Roboter. Dieser Schritt eröffnete die Möglichkeit, die frei werdenden Mitarbeiter an den Maschinen für höherrangige Aufgaben zu qualifizieren und sie von dem täglichen Kontakt mit Kühlschmierstoffen, den die Be- und Entladetätigkeit zwangsläufig mit sich bringt, zu entlasten.»

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Roboter statt Personal

Doch das Vorhaben, die Maschinen sowie die angeschlossene Teilereinigungsanlage zu automatisieren, ging mit grossen Herausforderungen einher. Heiko Röhrig, Vertriebsleiter der mit dem Projekt beauftragten EGS Automation GmbH, erinnert sich: «Die Automatisierung von Werkzeugmaschinen mit Robotern von Yaskawa ist für uns Standard. Bei Watts sah die Sache aber anders aus. Hier bereitete uns nicht nur das stark eingeschränkte Platzangebot in der Fertigung Kopfzerbrechen, sondern auch die mit hohen Toleranzen versehene Bereitstellung der Bauteile in Werkstückträgerwagen.»

Bei diesen Wagen handelt es sich um Schweisskon­struktionen aus Blech, die, da nie für die Automation vorgesehen, grössere fertigungstechnische Toleranzen aufweisen können. Auf einem Wagen finden – übereinander gestapelt und schräg gestellt – bis zu 15 Werkstückträger mit bis zu 48 Werkstücken Platz. Die Wagen werden manuell an definierter Position an der Anlage aufgegeben und verriegelt.

Um die Toleranzen der Wagen für die präzise Roboterhandhabung auszugleichen, hat sich EGS Automation eine überzeugende Lösung einfallen lassen. Jeder Industrieroboter Motoman GP50 ist mit einem gegen Kühlschmierstoffe resistenten Sensor am Greifwerkzeug ausgestattet, mit dem der Roboter mehrere definierte Positionen anfährt und daraus einen Korrekturfaktor für das aktuelle Koordinatensystem ermittelt. Ist die tatsächliche Stapelhöhe samt eventuell vorhandener Verkippung ermittelt, startet die eigentliche Challenge für den Roboter.

Vier Rohre simultan

Sobald sich die Türen des Bearbeitungszentrums öffnen, zählt jede Sekunde. Der grosse Roboter fährt zügig in den Arbeitsraum der Maschine, entnimmt mit seinem Doppelgreifer zwei der insgesamt vier bearbeiteten Rohre und legt sie auf einer Zwischenablage ab. Dort holt er sich zwei unbearbeitete Bauteile, legt sie in die Maschine ein, entnimmt im gleichen Arbeitsgang das letzte bearbeitete Paar aus der Maschine und belädt sie mit dem zweiten unbearbeiteten Paar Rohre. Dann raus aus der Maschine, Türe zu und weiter geht es mit der Bearbeitung von jeweils vier Rohren in einer Aufspannung.

Erst nach erfolgter Be- und Entladung erschliesst sich, warum der Roboter Motoman GP50 mit einem weiteren Einzelgreifer ausgestattet ist. Dazu sagt Heiko Röhrig: «Die Rohre erreichen die Anlage in dicht gepackten Kunststoffblistern, die die gleichzeitige Entnahme von zwei Rohren mit dem Doppelgreifer nicht zulassen. Da wir während der Hauptzeit der Maschine ausreichend Zeit haben, lassen wir den Roboter die Rohre einzeln auf eine Zwischenablage in einem für den Doppelgreifer erreichbaren Abstand vereinzeln. Von dort aus kann der Roboter die Rohre paarweise handhaben, was die Be- und Entladezeit an der Maschine signifikant reduziert.»

Offline programmieren statt Teachen

Zwischen 120 und 750 mm lange Rohrrohlinge zweier unterschiedlicher Durchmesser sowie wahlweise aus Messing oder Edelstahl lassen die Variantenanzahl bereits heute auf über 50 steigen. «Um den grossen Aufwand für das Teachen der zahlreichen Varianten zu vermeiden, setzen wir auf ein rein rechnerisch aufgebautes Programm. Hier gibt der Bediener selbst für neu hinzukommende Varianten nur bestimmte Parameter wie Rohrlänge, Bohrungsabstand und weiteres ein, und das Programm erledigt den Rest. Teachaufwand wird somit komplett vermieden», berichtet Heiko Röhrig.

Flexibel bleiben

Zu den weiteren wesentlichen Zielen bei der Automatisierung zählen eine möglichst hohe Autonomie, kurze Rüstzeiten und maximale Flexibilität. Das Konzept der Anlage, bei dem von einem Rohteil- in einen Fertigteilwagen gearbeitet wird – den Wechsel der jeweiligen Werkstückträger übernimmt der Industrieroboter Motoman GP50 mit einer speziellen Funktion seines Doppelgreifers – lässt keine Wünsche offen. Die Flexibilität der Bearbeitungszentren in Kombination mit der Variabilität der robotergestützten Automation ermöglicht die Fertigung zahlreicher Varianten und relativ kleiner Losgrössen in beispielloser Wirtschaftlichkeit.

Bei der Entscheidung für den richtigen Roboter hat sich Watts auf die Kompetenz des Anlagenbauers EGS Automation verlassen und dies nie bereut, wie Andreas Becker versichert: «Der Roboter Motoman GP50 von Yaskawa bietet genügend Reserven hinsichtlich Traglast und Reichweite, um auch für künftige Applikationen gerüstet zu sein. Ausserdem gewährleistet sein wasserdichtes Handgelenk hundertprozentige Ausfallsicherheit auch bei intensiver Beaufschlagung mit Kühlschmierstoffen. Zudem ist die sechste Achse so schlank gehalten, dass wir auch unter den beengten Platzverhältnissen im Arbeitsraum der Maschine bestens zurechtkommen.»

Roboter automatisieren Reinigung

Ist ein Werkstückträgerwagen komplett mit bearbeiteten Bauteilen bestückt, entnimmt ihn ein Bediener und transportiert ihn zur Reinigungsanlage, die mit vier- und sechsachsigen Industrierobotern SG650 und Motoman GP50 automatisiert ist. Um eine höhere Autonomie zu gewährleisten, stehen insgesamt drei Wagenplätze zur Verfügung, wobei der Roboter Zugriff auf zwei Plätze hat. Der dritte Platz dient ausschliesslich dem Bediener zum Wechseln der Wagen. Diese Lösung gewährleistet einen unterbrechungsfreien Automatikbetrieb.

Bei der Durchlaufreinigungsanlage ist die Schmutz- von der Sauberseite getrennt. Die Beladung mit den ungereinigten Rohren übernimmt ein Roboter GP50, der sie auf einem Zuführband ablegt. Nach absolviertem Bürst-, Entgrat- und Reinigungsdurchlauf verlassen die Bauteile die Anlage auf der Sauberseite auf einer Förderstrecke.

Hier übernimmt ein schneller Scararoboter SG650 die Handhabung der Bauteile. Höchst dynamisch legt er die Rohre in eine Station ein, in der sie über einen Lasersensor rotatorisch anhand der Bohrungen ausgerichtet werden. Im letzten Arbeitsschritt greift ein weiterer Scararoboter die Rohre und legt sie für den Weitertransport lageorientiert in Holzboxen ab. Um eine möglichst hohe Packungsdichte in den Boxen zu erreichen, hat EGS Automation einen Spezialgreifer entwickelt, der die Rohre nicht am Umfang, sondern in radialen Bohrungen greift und sie so dicht an dicht platzieren kann.

Erwartungen erfüllt

Die übergeordneten Ziele, die mit der Automatisierung einhergingen, darunter eine gewisse Unabhängigkeit gegenüber dem Personalmangel, eine höhere Produktivität, eine verbesserte Autarkie und nicht zuletzt die Schaffung eines sauberen Arbeitsumfelds für die Beschäftigten ohne Hautkontakt mit Kühlschmierstoffen, liessen sich in vollem Umfang realisieren.

Und noch etwas begeistert Andreas Becker: «Das Projektmanagement von EGS Automation erwies sich als überaus verlässlich. Zeit- und Kostenkalkulationen wurden penibel eingehalten und das selbst unter erschwerten Bedingungen der Covid-­Pandemie. Als ebenso zuverlässig erweisen sich die Roboter von Yaskawa, die bei der Belegschaft schnell zu geschätzten Kollegen wurden, da sie sich sehr einfach bedienen lassen und ungeliebte Aufgaben übernehmen.»

(kmu)

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