Montagezelle

Montagezelle: Überlagerte Prozesse

Montagezelle zum Prüfen und Verpressen von Kleinstwellen
Der Wendelfördertopf, aus dem der Greifer die Bauteile entnimmt. Dahinter die Töpfchen für „Gut“, „Nacharbeit“ und „Ausschuss“. (Fotos: IEF Werner)
Mit hoher Messgenauigkeit muss ein Anbieter von präzisen Antrieben und Systemen maßlich unterschiedliche Kleinstwellen montieren und prüfen. Hier kommt eine modulare und flexibel erweiterbare Montagezelle von IEF Werner zum Einsatz.

Nicht nur in der Feinwerk- und Mikrosystemtechnik ist die Nachfrage nach Fertigungseinrichtungen, die sich leicht an Änderungen im Produktspektrum anpassen lassen und deren Durchsatz skalierbar ist, groß. Auch bei einem Antriebsspezialisten, der eine Anlage für die automatische Montage und Prüfung von Kleinstwellen für elf unterschiedliche Kleingetriebetypen benötigte. Der Hersteller fertigt Gleichstrom- und Flachmotoren, Planeten- und Stirnradgetriebe, Servoverstärker, Positioniersteuerungen sowie kundenspezifische Antriebe für Profilwerkzeuge, Robotersysteme, Schweißanlagen und für Mikroskope. Für die Montage dieser Kleinstwellen mit Außendurchmessern zwischen 4,58 und 7,35 Millimeter, Wellendurchmessern von 1,5 bis 2 Millimeter und Gesamtlängen von 10,5 bis 18,5 Millimeter ist hohe Präzision und Flexibilität erforderlich. Die Ümrüstung der Anlage muss schnell möglich sein, der Werkzeugwechsel reibungslos vonstatten gehen. Außerdem wichtig: Die montierten Teile müssen anschließend vollautomatisiert in die Getriebe eingesetzt werden. Deshalb muss sich die Montagezelle nahtlos in die Produktionslinie integrieren lassen.

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IEF Werner in Furtwangen hat hierfür eine Montagezelle geliefert. Die Anlage ist rund 400 Millimeter breit, 800 Millimeter lang, wiegt 800 Kilogramm und basiert auf einer flexibel erweiterbaren Mikromontage-Systemarchitektur, dem sF-420-Design. Damit lässt sich das System auf jede Produktionsänderung optimal anpassen. Es benötigt weniger Energie als vergleichbare Anlagen, so der Hersteller. Die Transportlogistik des sF-420-Systems basiert auf 80 mal 80 Millimeter großen Werkstückträgern für geringe Handhabungsgewichte. Sie werden über ein in den Basistisch integriertes Transportband zu den einzelnen Montagestationen befördert. Die Montagezelle ist über eine eigene Ein- und Ausschleusvorrichtung an das Werkstückträgertransportsystem angekoppelt. Da bei dieser konkreten Anlage nur eine Station benötigt wird, kommen die Transportbänder und Werkstückträger nicht zum Einsatz, sind aber jederzeit nachrüstbar.

Die Montage wird in diesem Anwendungsfall mit einem doppelten Rotary-Arm – einem Schwenkarmmodul für schnelle Pick- und Place-Aufgaben – mit je einem Sauggreifer realisiert. Zusätzliche Zuführeinheiten – bei dieser Anlage sind es Wendelfördertöpfe – stellen die zu montierenden Teile bereit. Eine Zuführung wäre auch mit Palettierern oder Blistern möglich. Diese Einheiten werden über definierte Schnittstellen mechanisch, elektrisch und steuerungstechnisch an die Montagezelle angekoppelt. Die Schnittstellen sind außerdem auf einen optimierten Wechselvorgang der Module ausgelegt. Zusatzfunktionen wie Bildverarbeitung oder Zuführungen für die Dosierung von Schmiermitteln in feinmechanischen Systemen lassen sich integrieren. Die Möglichkeit, prozess- oder kundenspezifische Sonderapplikationen einzubinden, ist mit diesem System ebenfalls gegeben. Für die Steuerungstechnik kommt eine IEC-61131-basierte Standard-Soft-SPS zum Einsatz. Diese ermöglicht es, die Montagezelle unabhängig von der Linie in Betrieb zu nehmen.

Losgröße eins bis mehrere Millionen

Der Basistisch kann einen Handarbeitsplatz oder eine teilautomatisierte Montagezelle aufnehmen. In weiteren Ausbaustufen sind doppelt- und dreifachbreite Montagezellen möglich, die mit speziellen Prozessmodulen ausgestattet sind. Ein Hauptband verkettet dabei die einzelnen Stationen. Aber auch komplette Montagelinien lassen sich aus mehreren Basistischen aufbauen, die über das Transportsystem materialflusstechnisch verknüpft sind. Damit kann von kleinen Losgrößen bis zu Millionenstückzahlen wirtschaftlich gefertigt werden. Die Montagezelle oder einzelne Module können im laufenden Betrieb vom Basistisch entnommen oder eingebaut werden, ohne dass die Liniensteuerung oder der Materialfluss beeinträchtigt werden. Der Basistisch stellt außerdem die Grundversorgung der Montagezelle sicher – also Spannungsversorgung, Pneumatik für die Werkzeugversorgung und Kommunikation.

Die vollautomatische Zelle ist mit einem kartesischen Dreiachssystem mit Schnittstelle zu den Greifwerkzeugen ausgerüstet. Es sorgt für einen reduzierten, größenangepassten Arbeitsraum. Zur Verfügung stehen drei translatorische Bewegungen (X,Y, Z). Die Montage in der Zelle erfolgt überwiegend von oben. Leise und präzise saust der Sauggreifer gerade über den ersten Wendelfördertopf und nimmt eine Präzisionswelle auf. Damit fährt er zu einer Messstation, in der Sensoren den Durchmesser und die Höhe des Absatzes an dem Bauteil messen, der später für die Montage – das exakte Verpressen – entscheidend ist. Stimmen die Maße nicht, gelangen sie je nach Ergebnis entweder in ein Topf „Ausschuss“ oder „Nacharbeit“. Liegen die Maße in der Toleranz, fährt der Greifer mit der Präzisionswelle zur ersten Bildverarbeitung „Lageerkennung“, detektiert dort seine Drehlage und legt die Präzisionswelle in definierter Lage in eine Werkstückaufnahme, die auf einer X-Achse unter die Presse fährt. Dort steht ein Drehtisch bereit, der mit Stiften aus einem weiteren Wendelfördertopf bestückt wird. Die Präzisionswelle wird unter den Drehtisch positioniert und nacheinander mit je drei Stiften verpresst. Die Ergebnisse werden auf dem Monitor anhand eines Kraft-Weg-Verlaufs angezeigt. Mit dem verpressten Bauteil fährt der Werkstückträger auf der X-Achse zurück in seine Ausgangsposition. Der erste Sauggreifer entnimmt es und fährt damit zur zweiten Bildverarbeitung, die die Bohrungen auf Späne prüft. Je nach Ergebnis sortiert das System die Bauteile. Die kurze Taktzeit pro Teil mit nur 15 Sekunden lässt sich unter anderem wegen der überlagerten Prozesse realisieren. So läuft die Wellenvorprüfung parallel zum eigentlichen Montagevorgang, dem Verpressen, ab. pb

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