Standard-Automationssystem

Mit Intelligenz zum richtigen Werkstück

Eine neue Drehmaschinen-Automation bewirkt eine große Werkstück-Autonomie. Eigentlich befanden sich die Mitarbeiter des Unternehmens W. Schmid auf den Turning Days in Villingen-Schwenningen auf der Suche nach einer neuen Drehmaschine. Eigentlich. Doch am Stand von EGS Automatisierungstechnik wurde man auf die Sumo Automationssysteme aufmerksam. Zu diesem Zeitpunkt hatte der Metall- und Kunststoffbauteil-Produzent noch keine Roboterautomation in der mechanischen Fertigung. Also nahm man diese gleich auch noch. Doch was sich hier so leicht anhört, umfasste in Wirklichkeit die Realisierung eines anspruchsvollen Pflichtenheftes.

Die Ausgabe von Werkstücken oder niO-Teilen erfolgt bei Werner Schmid über eine separate Rutsche. (Foto: EGS Automatisierungstechnik)

Seit 1946 ist Werner Schmid in Fulda ansässig und produziert Metall und Kunststoffbauteile mit hohen Anforderungen an Toleranzen und in komplexen Geometrien. Im Dialog mit den Kunden werden innovative Lösungen erarbeitet, die das Unternehmen in den drei Hauptgeschäftsfeldern Lüftungsindustrie, Automobilindustrie sowie Mess- und Regeltechnik zu einem wichtigen Lieferanten gemacht hat. Dabei reichen die Kompetenzen von der Planung und Entwicklung über den Werkzeug- und Formenbau bis zur Herstellung von kompliziert umgeformten Metallteilen, anspruchsvollen Kunststoffteilen, sowie kompletten technischen Baugruppen.

Die Stärken des Unternehmens liegen in der hohen Präzision, in der Herstellung fertig fallender hochkomplexer Teile und in der Hybrid-Technologie, bei der Metallbauteile mit Kunststoffen umspritzt werden. Um die Wettbewerbsfähigkeit sicher zu stellen, sind neben der Kundenzufriedenheit und damit verbundenen gleichbleibend hohen Qualität stetige Investitionen in moderne Fertigungsanlagen und neue Technologien erforderlich.

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Aus diesem Antrieb heraus wurde die Entscheidung zur Anschaffung einer neuen Drehmaschine für ein bestimmtes Werkstückspektrum getroffen. Mit den vorhandenen Maschinen war die erforderliche Qualität nicht mehr sicher zu stellen. Bei der Recherche nach neuen Drehmaschinen stellte sich jedoch heraus, dass aufgrund der längeren Beladezeiten einer CNC-Maschine die Gesamttaktzeit ansteigen würde. Gleichzeitig sollte die neue Maschine bestmöglich ausgelastet und Stillstandszeiten vermieden werden. Die einerseits leichten, aber gleichzeitig voluminösen Werkstücke und die vergleichsweise kurze Bearbeitungszeit führten schnell zu der Erkenntnis, dass für eine sinnvolle Automation ein entsprechend großer Werkstückspeicher erforderlich sein würde. Gleichzeitig sollte das Automationssystem jedoch so kompakt wie möglich aufgebaut sein und die Beschickung mit Rohteilen bzw. die Entnahme der Fertigteile möglichst einfach und mit möglichst geringem Aufwand erfolgen.

Das Spezial-Mehrfach-Greiferwerkzeug legt und entnimmt Werkstücke unter schwierigen Platzverhältnissen im Arbeitsraum der Maschine. (Foto: EGS Automatisierungstechnik)

Als Zusatzwunsch wurde noch ein möglichst einfaches und transportables Bevorratungssystem ins Anforderungsprofil geschrieben, da der vorherige Arbeitsschritt sowie die Vorbereitung der Werkstücke für den Drehprozess an einer anderen Stelle der Produktionshalle erfolgen. Auch zur nachfolgenden Weiterverarbeitung müssen die Fertigteile innerhalb der Fertigungshalle transportiert werden.

Ein anspruchsvolles Anforderungsprofil. Insbesondere der aufgrund der gewünschten Autonomie erforderliche Werkstückvorrat bereitete bei allen angedachten Lösungsansätzen Probleme. Da die Werkstücke nicht stapelfähig sind, zielten alle Ideen in Richtung von Flächenspeichern, die nicht mit der verfügbaren Produktionsfläche in Einklang zu bringen waren. Und hier kam EGS Automatisierungstechnik ins Spiel: Das Unternehmen ist seit vielen Jahren spezialisiert auf die Automation von Handhabungs- und Fertigungsprozessen, meist unter Einsatz von Robotik. Mit der Erfahrung aus zahlreichen, erfolgreich gelösten Automationsaufgaben werden dem Kunden von der Idee, über die Realisierung bis zum Service alle erforderlichen Leistungen aus einer Hand angeboten.

Nach den Turning Days traf man sich am Unternehmenssitz in Fulda. Bis dahin lag dann bereits die Entscheidung im Hinblick auf die Drehmaschine, die verwendet werden sollte, vor: Eine Stopp Autoturn, die aufgrund der rückseitigen Automationstüre bestens für automatische Beschickung geeignet ist und dabei trotzdem beste Zugänglichkeit von der Vorderseite zum Rüsten bzw. für manuelle Beschickung bietet. Paul Wiens, Bereichsleiter Metall bei Schmid, ist jedenfalls mit dem erreichten Ergebnis zufrieden: „Vor allem durch die Einführung und Verknüpfung des Handlingssystems mit der CNC-Drehmaschine haben wir einen weiteren Schritt in die Zukunft getan.“

Eine Automation der Maschine über die separate Tür an der Rückseite erlaubt die volle Zugängigkeit. (Fotos: EGS Automatisierungstechnik)

Bedenken in Bezug auf die Automation gab es anfangs hinsichtlich der Schnittstellenthematik, der Bedienung des Roboters sowie ggf. erforderlichen Kompromissen bei der Drehmaschine. Hinsichtlich der Taktzeit zielte man weniger auf eine Verkürzung, viel wichtiger waren die Aspekte der gleichbleibend hohen Qualität, sowie die konstante Ausbringung durch die Minimierung von Stillstandszeiten der Maschine.

Das zu diesem Zeitpunkt neu entwickelte Standard-Automationssystem Sumo Megaplex entpuppte sich schnell als geeignete Lösung für diesen Anwendungsfall: voluminöse Werkstücke bei gleichzeitig hohen Anforderungen an die Autonomie und bestmöglicher Ausnutzung der Produktionsfläche sowie möglichst komfortabler Werkstücklogistik. Die großen Werkstückträger im Format einer halben Europalette, werden auf Bodenrollern gestapelt in das System eingebracht. Es bietet eine Autonomie von zwei Stapeln mit jeweils 1,1 Meter Stapelhöhe. Durch die pfiffige wechselweise Nutzung der drei Palettenplätze, abwechselnd als Rohteil- bzw. Fertigteilstapel, besteht für den Austausch eines Fertigteilwagens durch einen Rohteilwagen die komplette Laufzeit eines Stapels Zeit. Dadurch ergibt sich eine sehr geringe Personalbindung.

Der 6-achsiger Industrieroboter Motoman HP20D mit mehr als 1,7 Meter Reichweite und 20 Kilogramm Traglast von Yaskawa übernimmt mit einem Doppelgreifer schnell und zuverlässig das Werkstückhandling. Nur durch seine kompakten Abmessungen und den schlanken Arm ist das Eintauchen in die Maschine durch die hintere Beladetür möglich.

Eine besondere Herausforderung war die Konstruktion des Greifwerkzeuges, da es im Bearbeitungsraum der Maschine sehr eng zugeht, war ein Doppelgreifer in der Maschinenspindel erforderlich, um den Teilewechsel in minimaler Beladezeit zu vollziehen. Zusätzlich erforderlich war noch ein drittes Greifmodul am Greifwerkzeug, da im Prozess aus dem becherförmigen Rohteil der Boden ausgestochen und mit dem Reitstock der Maschine aufgenommen wird. Von dort muss er vom Roboter zusammen mit dem verbleibenden Fertigteilring entnommen werden.

Mit wenig Aufwand gleichbleibende Qualität
Die elektrische und mechanische Schnittstelle wurden mit dem Maschinenhersteller abgestimmt und automationsseitig entsprechend ausgelegt. Die beiden Systeme kommunizieren in diesem Fall über eine Profinet-Schnittstelle. Die Schnittstellenabstimmung ist eine routinierte Übung von EGS Automatisierungstechnik, da man bereits Maschinen unterschiedlichster Hersteller - sowohl Neuanschaffungen als auch vorhandene Maschinen - automatisiert hat. Neben dem hier verwendeten Profinet sind natürlich auch Profibus sowie digitale Ein-und Ausgänge als Basis möglich. Paul Wiens: "Durch diese neue Komplettanlage ist es für uns möglich mit wenig personellem Aufwand, in einem zeitlich festgelegten Rahmen, eine gleichbleibend gute Bauteilqualität zu fertigen.”

Durch die Automation wird eine gleichbleibend hohe Qualität erreicht, die Grundlage für die eingangs erwähnte Spezialisierung und Wettbewerbsfähigkeit von Schmid ist. Die Werkstücke werden nun in einem Arbeitsgang auf Länge gedreht und entgratet. Dabei wurden die Erwartungen sogar noch übertroffen, da die Rundheit – ein sehr wichtiges Qualitätsmerkmal beim gefertigten Werkstück - der Fertigteile deutlich besser ist als erwartet und somit der nachfolgende Richtarbeitsgang mindestens vereinfacht wird, gegebenenfalls sogar entfallen kann.

Außerdem kann das System zum Schichtende nochmals gefüllt werden und mannlos ein kompletter Werkstückvorrat bearbeitet werden, was zusätzliche Kapazität schafft. Auf lange Sicht ist angedacht eventuell noch eine Bohrstation in die Anlage zu integrieren, die Flexibilität des Roboters bietet die Grundlage dafür, solche Prozesse jederzeit mit überschaubarem Aufwand nachrüsten zu können. ee

Motek Halle 7, Stand 7140

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