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Handhabung Roboter zeigen ihre Möglichkeiten in der Schuhproduktion

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Hans P. Fritsche* / Jan Vollmuth

In der bislang wenig automatisierten Schuh-Branche ziehen jetzt Roboter ein. Das norddeutsche Unternehmen Desma erkannte jedoch bereits vor über 27 Jahren das Potenzial der robotergestützten Automation in der Schuhbranche: Der international führende Hersteller von Schuhmaschinen setzt Roboter und Software von ABB ein.

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Robotergestützte Automation prägt immer mehr das Bild der industriellen Schuhproduktion.
Robotergestützte Automation prägt immer mehr das Bild der industriellen Schuhproduktion.
(Bild: ABB )

Die weltweite Schuhproduktion beläuft sich auf rund 20 Milliarden Exemplare pro Jahr und erfolgt größtenteils noch in Handarbeit. Der Grund mag darin liegen, dass Schuhe sprichwörtlich sind für menschliche Individualität. Dies gilt heute noch mehr als gestern. Endverbraucher erwarten nicht allein Schuhe für den Alltag und die unterschiedlichen Fußgrößen und -formen, sondern für vielerlei Sportarten, Feste, Tänze, Lebensgefühle oder Sicherheitserfordernisse, in exklusivem, modischem oder traditionellem Design. Weder in ferner noch naher Vergangenheit der jahrtausendelangen Tradition des Schuhe-Fertigens kam die Idee auf, Fußbekleidung auf dem Reißbrett oder per CAD-Tools zu konstruieren.

Ansohlen ist einer der zentralen Fertigungsschritte

Doch unabhängig von Art und Verwendungszweck der Schuhe – das Ansohlen ist einer der zentralen Fertigungsschritte. Den Schäften, bestehend aus meist mehreren miteinander vernähten oder verklebten Einzelteilen des Innenschafts (Futter), des Zwischen(futter)- und des Außenschafts, ist die Sohle anzufügen. Die Sohle setzt sich wiederum aus mehreren Lagen zusammen: Innensohle, Zwischensohle und äußere Laufsohle plus Absätze. Spezielle Ausführungen von Sport- und Sicherheitsschuhen sind HighTech-Produkte.

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Die in Achim bei Bremen ansässige Klöckner Desma Schuhmaschinen GmbH hat sich auf Fertigungseinrichtungen zum Direktansohlen durch Anspritzen oder Ankleben der Sohle an den Schaft spezialisiert. Eine wesentliche Rolle spielen dabei leistungsfähige Industrieroboter, denn nur sie können die hier erforderlichen komplexen Bewegungsabläufe schnell, sicher und in einer jederzeit reproduzierbaren Qualität ausführen. Roboter steigern die Produktion bis zu 30 % und reduzieren deutlich die Stückkosten. Laut Klaus Freese, einem der beiden Geschäftsführer des Unternehmens, schätzen Schuhhersteller rund um den Globus die innovativen Automatisierungslösungen aus Achim. Sie beschleunigen den Ausbau der eigenen Fertigungskompetenz. So verwundert es nicht, dass die Ingenieure des Schuhmaschinenspezialisten immer wieder neue Roboter-Anwendungsfelder für ihre Kunden erschließen.

Präzision und Wiederholgenauigkeit

Im internationalen Wettbewerb sind die herstellenden Unternehmen gefordert, die Effizienz ihrer Produktionsprozesse zu erhöhen. Dazu müssen sie die Arbeitsabläufe entschlacken, die unterschiedlichen, teilweise komplexen Bewegungsabläufe beim Handling oder dem Materialfluss analysieren und Schwachstellen beseitigen. Roboter überzeugen durch Präzision und Wiederholgenauigkeit, konstante Qualität und Prozesssicherheit. So liegt allein die durchschnittliche Betriebszeit zwischen zwei Ausfällen (MBTF: Mean Time Between Failures) für Industrieroboter bei über 80.000 Stunden. Diese Werte erreichen konventionelle Maschinen nicht.

Industrieroboter bieten gegenüber aufwändigen Sondermaschinen oder Spezialanlagen weitere Vorteile: Sie sind wesentlich kostengünstiger, wartungsfreundlicher und flexibler in der Anwendung. So sind bei Modell- oder Formatwechseln meist nur andere Steuerungsprogramme, Greifer- oder Werkzeugwechsel sowie eventuell andere Aufspannvorrichtungen erforderlich. Daraus resultieren wesentlich kürzere Rüstzeiten. Mit den Softwarelösungen von ABB können Anwender zudem eigenständige, bedarfsangepasste Applikationen erstellen.

Von Roboterstationen umringt

Die Desma-Schuhmaschinen sind nach dem Prinzip des Rundtisches gebaut und bestehen je nach Anforderungen aus 12/18/24 oder 30 Schließeinheiten mit ebenso vielen, im Karussell umlaufenden, schwenk- und absenkbaren Leisten. Um diese Schuhmaschine herum sind die einzelnen Roboterstationen, die Spritzgießeinheit, Inspektions- und Wartungs- sowie manuelle Arbeitsplätze zum Aufleisten der Schäfte und dem Ausleisten der fertigen Schuhe angeordnet. Wie üblich, arbeiten die Roboter im rauen Produktionsalltag getrennt vom Bedienpersonal hinter Sicherheitszäunen.

Das Programmieren der Roboter kann über klassisches „Teaching“ am Programmierpanel des Roboterherstellers erfolgen. Desma integriert optional auch eigene, an die Anforderungen der Schuhindustrie angepasste Assistenzsysteme, die diesen Prozess optimieren und so Anlagenstillstände deutlich reduzieren. Diese Systeme beginnen mit der für jeden bei Desma eingesetzten ABB-Roboter als Plug-In erhältlichen Desma-Software GRC (Graphical Robot Control). Die nächste Ausbaustufe beinhaltet ein PC-basiertes Offline Programmiersystem mit zahlreichen für die Schuhindustrie typischen Funktionen. In der High-End-Version kann das System sogar inline die Roboterbahnen selbständig generieren – und so auf Toleranz- oder Bauteilabweichungen reagieren. Die Kommunikation zwischen Maschinen und Robotern erfolgt auf Prozessebene und für Sicherheitssignale über binäre Signale und Feldbustechnologien. Die erweiterte Kommunikation, soweit sie für den Produktionsprozess nicht zwingend erforderlich ist, erfolgt über TCP/IP.

Kurze Taktzeiten

Bis zu 150 Paar Schuhe kann eine Desma-Anlage pro Stunde produzieren, was einer Taktzeit von 12 s pro Schuh entspricht. Die Robotertaktzeiten betragen dabei je nach Aufgabe zwischen 4 und 10 s, die Wechselzeiten für das Weitertakten der Rundtischanlage 2 bis 4 s. Mit einer Bahngenauigkeit von +/- 0,1 mm übertreffen die Roboter die an sie gestellten Präzisionsanforderungen, denn in der Schuhindustrie liegen die üblichen Toleranzen aufgrund der eingesetzten Werkzeuge und Prozesse sonst bei ca. +/- 0,5 mm.

Die folgenden Beispiele zeigen die Praxis bei Desma. Sie bauen auf der ABB Robotersteuerung IRC5 auf. Diese verwendet die grafische Bedienoberfläche Desma GRC (Graphical Robot Control).

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