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Roboterzelle

Kollaborative Roboterzelle für die Produktion von Sicherheitsventilen

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Robert Heller / Jan Vollmuth

Weiss Kunststoffverarbeitung hat eine Roboterzelle entwickelt, bei der sich der Bediener und der Roboter die komplexe Montage eines miniaturisierten Sicherheitsventils teilen.

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Weiss hat eine Roboterzelle entwickelt, bei der sich der Bediener und der Roboter die komplexe Montage eines miniaturisierten Sicherheitsventils teilen. Sie wird aktuell im Werk Illertissen in Betrieb genommen.
Weiss hat eine Roboterzelle entwickelt, bei der sich der Bediener und der Roboter die komplexe Montage eines miniaturisierten Sicherheitsventils teilen. Sie wird aktuell im Werk Illertissen in Betrieb genommen.
(Bild: Weiss)

Die Arbeitsteilung zwischen Kunststoffverarbeitern und ihren Kunden verändert sich. Die Kunden wünschen immer häufiger nicht Spritzgussteile, sondern komplette, einbaufertige Komponenten, und das gilt nicht nur für die Automobilindustrie, sondern auch für andere Branchen wie z.B. die Haushaltgeräteindustrie und den Maschinenbau. Aus diesem Grund ist der Montagebereich bei der Weiss Kunststoffverarbeitung GmbH & Co. KG in den vergangenen Jahren stetig gewachsen. Als engineering-orientiertes Unternehmen verfolgt Weiss das Ziel, auch in diesem Bereich die neuesten Trends zu nutzen.

Roboterzelle für die Montage

Die Roboterzelle, die aktuell im Werk Illertissen in Betrieb genommen wird, ist dafür ein gutes Beispiel. In der Zelle wird ein nur 15 mm hohes Sicherheitsventil montiert, wobei neben Spritzgussteilen auch filigrane metallische Zukaufteile wie Federn, Scheiben, Ventilstößel und Kugeln verwendet werden.

Dabei haben die Montage-Experten des Unternehmens das Prinzip der Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter in die Praxis umgesetzt. Dipl.-Ing. Robert Heller, bei Weiss u.a. verantwortlich für die Konstruktion der Produktions- und Automatisierungstechnik: „Der Roboter arbeitet sehr exakt und ermüdungsfrei, während der Werker zwar Fehler machen kann, aber flexibler ist.“

Mensch und Roboter im Zusammenspiel

Gute Zusammenarbeit: Der Roboter legt u.a. Kleinteile in das Ventil ein …
Gute Zusammenarbeit: Der Roboter legt u.a. Kleinteile in das Ventil ein …
(Bild: Weiss)

Die Zelle ist so konstruiert, dass beide „Kollegen“ ihre jeweiligen Stärken bestmöglich ausspielen können. Im ersten Schritt setzt der Werker, der vor der Zelle steht, die zentralen Komponenten in einer Montagevorrichtung zusammen. Dann übernimmt der Roboter, der sich in der Zelle befindet. Er legt weitere Kleinteile – zum Beispiel eine sehr kleine Kugel – ein. Der Werker gibt dann das Signal zum Zusammenpressen der Teile, das pneumatisch über einen Zylinder erfolgt.

Nun ist wieder der Roboter an der Reihe. Er entnimmt das montierte Ventil aus der Vorrichtung und legt es in eine Prüfeinrichtung ein, wo es zwei Druckprüfungen mit 0,9 und 2 bar absolviert. Nach dieser 100%-Prüfung (bei der das Ventil bei der 0,9 bar-Prüfung geschlossen bleiben und bei Beaufschlagung mit 2 bar öffnen muss) wird mit einem Kennzeichnungssystem ein Prüfstempel aufgebracht, und das Ventil ist fertig für den Versand.

… dessen Hauptkomponenten die Werkerin zuvor manuell montiert hat. Auch das Einlegen des fertigen Ventils in die Prüfvorrichtung übernimmt der Roboter.
… dessen Hauptkomponenten die Werkerin zuvor manuell montiert hat. Auch das Einlegen des fertigen Ventils in die Prüfvorrichtung übernimmt der Roboter.
(Bild: Weiss)

Den Grundsatz der Mensch-Roboter-Kollaboration hat Weiss hier auf ebenso einfache wie elegante Weise in die Praxis umgesetzt: Mensch und Roboter haben jeweils Zugriff auf den gemeinsamen Arbeitsraum. Auf einen Schutzzaun oder eine sonstige räumliche Trennung von Werker und Roboter wird verzichtet. Stattdessen ist der Arbeitsraum an beiden Seiten jeweils durch ein Lichtschrankenpaar abgesichert. Beide Lichtschrankenpaare sind steuerungstechnisch und sicherheitsgerichtet so verbunden, dass der Roboter nicht in den gemeinsamen Arbeitsbereich greift, wenn der Bediener dort gerade Teile einlegt oder entnimmt. Umgekehrt wird der Roboter gestoppt, wenn er gerade im Arbeitsraum aktiv ist und der Werker ebenfalls hineingreift.

BUCHTIPPDas Buch „Industrieroboter“ ist ein Handbuch für KMU mit Tipps und Tricks zum Thema Robotereinsatz. Es werden die wichtigsten Grundlagen der Robotertechnik vermittelt und Methoden erläutert, wie bewertet werden kann, ob sich ein Produkt oder Prozess durch Robotereinsatz automatisieren lässt.

Robotersteuerung ins Sicherheitskonzept eingebunden

Auch die Steuerung des Roboters ist in das unkomplizierte und praxisgerechte Sicherheitskonzept eingebunden. Robert Heller: „Wir haben hier die ´Function Safety Unit´ des Roboterherstellers genutzt, die es seit kurzem als Option gibt: eine Einschubkarte, mit der man zum Beispiel auch Sicherheitsräume programmieren kann.“

Mit der kollaborativen Roboterzelle haben die Ingenieure von Weiss gezeigt, dass in Eigenregie hoch effiziente Produktionslösungen entstehen können – nicht nur in der Kunststoffverarbeitung oder im Werkzeug- und Formenbau, sondern auch in den nachfolgenden Prozessen der Montage- und Prüftechnik. (jv)

Autor: Dipl.-Ing. Robert Heller ist bei Weiss u.a. verantwortlich für die Konstruktion der Produktions- und Automatisierungstechnik.
Autor: Dipl.-Ing. Robert Heller ist bei Weiss u.a. verantwortlich für die Konstruktion der Produktions- und Automatisierungstechnik.
(Bild: Weiss)

* Dipl.-Ing. Robert Heller ist Mitarbeiter der Weiss Kunststoffverarbeitung GmbH & Co KG

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