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Handhabung Mit Greifern das Handling von Drahtbiegeteilen automatisieren

Eine neue Automatisierungslösung soll Produktivität und Qualität von Drahtbiegeteilen steigern. Das ist jedoch alles andere als trivial. Greifer spielen dabei eine besondere Rolle.

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Neben einer eigens konstruierten Drahtendenbearbeitungsmaschine, setzte das ICM für einen automatisierten Vereinzelungs-Prozess auf eine flexible Roboterzelle
Neben einer eigens konstruierten Drahtendenbearbeitungsmaschine, setzte das ICM für einen automatisierten Vereinzelungs-Prozess auf eine flexible Roboterzelle
(Bild: Uwe Kießling/Copyright Zimmer Group)

Technische Federn und Biegeteile stehen im Mittelpunkt bei der Bahner und Schäfer GmbH. Die Federproduktion ist mit modernen Maschinen und Anlagen ausgestattet, u.a. mit einem modernen CNC-gesteuerten Biegezentrum. Trotz des hohen technologischen Standards und Automatisierungsgrades im Unternehmen liefen in der Vergangenheit jedoch einige abschließende Prozesse im Biegezentrum noch manuell. Bei der Endenbearbeitung der Drahtbiegeteile z.B. trennte eine Schneide nach dem Biegevorgang das Produkt vom Rohdraht ab. Über eine Rutsche fiel es dann in eine große Kiste. Um die im Prozess entstandenen inneren Spannungen der Biegeteile zu mindern, musste ein Großteil der Produkte einer nachträglichen Wärmebehandlung unterzogen werden.

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Biegeteile mühsam per Hand vereinzelt

Ein homogenes Werkstoffgefüge konnte nach der Wärmebehandlung jedoch nur erreicht werden, wenn die Teile vereinzelt im Ofen positioniert wurden. Das Vereinzeln sowie das Positionieren erfolgten mühsam per Hand, erforderten für den Werker einen großen zeitlichen Aufwand und stellten einen nicht unerheblichen Kostenfaktor dar.

Auch die Qualität der Biegeteile litt, weil sich die einzelnen Werkstücke beim Herausnehmen und Separieren aus der Kiste verhakten und dabei verformten. Ein weiterer Produktionsschritt erfolgte ebenfalls per Hand: Bestimmte Teile mussten aufwändig nachträglich an den Kanten angefast werden, was die Produktionskosten negativ beeinflusste.

Um nun die Biegeteile-Produktion weiterzuentwickeln, hatte die Bahner und Schäfer GmbH zusammen mit dem Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V (ICM) erörtert, wie eine Automatisierungslösung dem Unternehmen helfen könnte, die Kosten zu senken, die Produktivität zu steigern sowie ihre Mitarbeiter effizienter einzusetzen bzw. von der tristen Tätigkeit des manuellen Vereinzelns zu befreien.

Mit ICM als Projektpartner hatte sich Bahner und Schäfer dabei einen Spezialisten ins Haus geholt. Das ICM ist eine private, gemeinnützige, anwendungsorientierte Forschungseinrichtung (Industrieforschungseinrichtung), deren vorrangige Zielstellung es ist, neue technische und technologische Möglichkeiten für KMU zu erschließen. Dabei greifen sie auf eine langjährige Erfahrung und hohe Kompetenz zurück.

Buchtipp

Das 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.

Die Herausforderung bestand für das ICM darin, ein System bzw. eine Anlage zu konstruieren, welche sich in die bestehenden Prozesse integrieren lässt, einfach bedienbar ist sowie eine akzeptable Amortisation aufweist. Neben der reinen Robotik mussten bei einer erfolgreichen Einführung aber vor allem wichtige Fragen wie flexible Greifersysteme, Zu- und Abführung von Material und Energie sowie die Maschinensicherheit geklärt werden.

Jetzt vereinzelt ein Roboter die Teile

Neben einer eigens konstruierten Drahtenden-Bearbeitungsmaschine, welche die Teile automatisch anfast, setzte das ICM bei der Lösung für einen automatisierten Vereinzelungs-Prozess der gebogenen Bauteile auf eine flexible Roboterzelle. Innerhalb eines Schutzzaunes kommt nun ein Industrieroboter zum Einsatz, welcher die Biegeteile von der Drahtbiegemaschine abholt und in einer Vorrichtung lagedefiniert auf ein Register aufhängt bzw. kontrolliert ablegt. Das Hängeregister dient als eine Zwischenstation vor der Weiterbearbeitung, um alle Biegeteile ohne Verhakung zu lagern, die sich aufhängen lassen.

Das Handling der Applikation besteht aus einem XY-Linearachssystem (2000 mm x 3000 mm), das sich aus einer Doppeltandem- und einer Einzelachse mit Mitläufer zusammensetzt sowie einem sechsachsigen Kawasaki Roboter RS010L. Das Achsportal ermöglicht die Bewegung des Roboters auf einer 7. und 8. Achse.

Vielseitiger Greifer erforderlich

Für das Handling der vielfältigen Biegeteile stehen dem Roboter verschiedene Greifer zur Verfügung. Dabei bedient sich der Roboter aus einem großen Pool an vorrätigen Greifern, dem sogenannten Greiferbahnhof. Hier kann er für die jeweils entsprechende Aufgabe den passenden Greifer auswählen.

Als Greifwerkzeuge hatte das ICM hybride Greifer des Greiferspezialisten Zimmer Group aus Rheinau ausgewählt. „Wir benötigten eine hohe Greifkraft, da die Teile während der Fahrt sicher gehalten werden müssen,“ begründet Marcel Ott, einer der Projektverantwortlichen von ICM, seine Entscheidung. Neben einem großen Hub, war die aktuelle Position des Greifers für den Prozess wichtig, etwa um zu erkennen, ob der Draht genau gegriffen wurde. Das erledigt das integrierte Messsystem. Die mitgelieferte IO-Link-Technologie überträgt die Messdaten, wie Zustandsdaten oder Positionierdaten. Ott: „Das Werkzeugwechselsystem (WWR63F) von Zimmer haben wir eingesetzt, um zukünftig auch größere Werkstücke handeln zu können“.

Das Ergebnis der gesamten Anlage kann sich nun sehen lassen: Die Geschäftsführung der Bahner und Schäfer GmbH ist begeistert und auch der Projektpartner ICM ist mit seiner eigenen Umsetzung zufrieden. Das schnelle automatisierte Handling steigert die Produktivität deutlich. Die Anlage ist so konzipiert, dass der Bediener das Robotersystem für jedes neue Teil innerhalb von 15 min einrichten kann. Ein Umrüsten ist durch Verwenden von Rezepten in Sekunden möglich. Beeindruckt zeigt sich Alexander Reinhold, Verantwortlicher für Qualitätssicherung bei Bahner und Schäfer hinsichtlich der deutlichen Qualitätssteigerung in der Biegeteileproduktion.

Aufgrund des maschinellen Anfasens kann jetzt noch genauer gearbeitet werden und die Verformungen an den Biegeteilen, die durch die Verhakungen bei der manuellen Entnahme aus der Kiste entstanden, sind Vergangenheit.

Ergänzendes zum Thema
Mit einem Achsausgleich zum Erfolg

Die Projektverantwortlichen von ICM hatten während der Umsetzung des Projekts einige Herausforderungen zu bewältigen. Neben der sehr komplexen Montage der Roboterzelle vor Ort, gab es anfangs auch in der Produktion selbst Anlaufschwierigkeiten. So stellte sich z.B. heraus, dass das Biegeteil bzw. der Rohdraht beim Handling durch den Schneideprozesses jedes Mal leicht seine Lage veränderte.

Da der Greifer jedoch im Moment des Abschneidens seine Position unverändert starr beibehielt, hatte sich das Werkstück bei jedem Schnitt ein Stück weit verbogen. „Um diesem Prozess nun erfolgreich entgegenzuwirken, haben wir an die letzte Achse des Roboters einen Achsausgleich (Modell AR63P) montiert, der im Moment des Cuttens (pneumatisch drucklos) weich gestellt wird und erst nach dem kompletten Cut durch exakt getimtes pneumatisches Ansteuern des Verriegelungskolbens wieder in seine gewohnte Steifigkeit zurückkehrt“, schildert Thomas Schröder, technischer Support & Vertrieb des Greifer-Herstellers Zimmer Group, die schnelle und einfache Lösung dieses Problems.

Weitere Automatisierung soll folgen

Darüber hinaus ist für den Werker die monotone Tätigkeit des Vereinzelns von Hand entfallen. Mit einer gesteigerten Motivation kann er zukünftig wertvollere Aufgaben im Unternehmen übernehmen. Die Anlage ist für Reinhold jedoch nur der erste Schritt der Automatisierung. Weitere sollen folgen. Die nächste Phase könnte z.B. die Erweiterung der Anlage sein, so dass zukünftig auch komplexere Werkstücke bzw. Biegeteile bearbeitet werden können.

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