Robotikeinsatz bei Miele

Spezialisten am Werk

Roboter optimieren Fertigung von Waschmaschinen. Effizienz im Umgang mit den weltweit immer knapperen Ressourcen an Energie und Rohstoffen und rationelle Produktionsverfahren sind erstrangige Aufgaben für die Verantwortlichen in Industrie und produzierendem Gewerbe.

Von der Güte der Montage hängt wesentlich die lange Lebensdauer der Miele-Waschmaschinen von 20 Jahren und mehr ab. (Foto: ABB)

Industrieroboter spielen dabei eine immer wichtigere Rolle – durch ihre Flexibilität, Präzision und Wiederholgenauigkeit bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten. Vor allem lassen sich mit ihnen kompaktere sowie kostengünstigere Fertigungslinien realisieren als es mit konventionellem Sondermaschinenbau realisierbar wäre. 

Die deutsche Wirtschaft ist in hohem Maße exportorientiert und damit auch exportabhängig. Fast jeder vierte Arbeitsplatz in Deutschland hängt vom Außenhandel ab. Die deutschen Ausfuhren machen rund 40 Prozent des Bruttoinlandsprodukts aus (Stand 2015) – und fast jeder zweite in Deutschland erwirtschaftete Euro stammt aus dem Export. Um sich am Weltmarkt gegenüber ausländischen Mitbewerbern zu behaupten, müssen die deutschen Unternehmen immer rationeller produzieren – und das erfordert eine zunehmende Digitalisierung und Automation aller Prozesse entlang der jeweiligen Wertschöpfungsketten. Ein Beispiel dafür, wie das in der Praxis aussehen kann, liefert Miele mit seinen neuen robotergestützten Montagelinien für Waschmaschinen.

Aus Gütersloh in die Welt
Mit dem Namen Miele verbinden Kunden weltweit Spitzentechnologie, Langlebigkeit und Effizienz von Maschinen und Geräten für Haushalte oder für Gewerbebetriebe. Im häuslichen Bereich umfasst die Produktpalette neben Waschmaschinen und Wäschetrocknern auch Geschirrspüler und reicht über innovative Hightech-Lösungen zum Kochen, Backen, Dampfgaren, Kaffeebereitung, Kühlen und Gefrieren bis hin zur Bodenpflege. Im industriellen und gewerblichen Bereich sind es kunden- oder anwendungsspezifische Hochleistungsvarianten der Geschirrspüler, Waschmaschinen und Wäschetrockner. Mit seiner Miele-Professional-Reihe wiederum zählt das Unternehmen zu den führenden Herstellern von Reinigungs-, Desinfektions- und Sterilisationsgeräten für medizinische Einrichtungen und Laboratorien. 

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Für die vollständige Dichtigkeit wird der Laugenbehälter absolut exakt zur Laugenbehälterkappe und dem Klemmring positioniert. (Fotos: ABB)

Das 1899 gegründete Unternehmen ist laut Hersteller heute der weltweit drittgrößte Produzent von Haushaltsgeräten. Es unterhält acht Produktionsstandorte in Deutschland sowie je ein Werk in Österreich, Tschechien, China und Rumänien. Der Hauptsitz des Unternehmens ist Gütersloh in Westfalen. Im Geschäftsjahr 2015/2016, das zum 30. Juni 2016 endete, erzielte Miele laut Geschäftsbericht einen Umsatz von 3,71 Milliarden Euro. Davon stammen etwa 70 Prozent aus Exporten. Miele ist in fast 100 Ländern mit eigenen Vertriebsgesellschaften oder über Importeure vertreten. Weltweit beschäftigt das in vierter Generation familiengeführte Unternehmen rund 18.000 Mitarbeiter, davon über 10.350 in Deutschland. Allein im Werk Gütersloh laufen täglich um die 5.000 Waschmaschinen und Waschtrockner vom Band.

Für die Fertigung seiner Waschmaschinengeneration W1 hat Miele am Standort Gütersloh unter anderem neue Produktionsanlagen für die Gehäusefertigung und Aggregatvormontage errichtet. Darin übernehmen ABB-Roboter der Modellreihen IRB 6640, IRB 2600, IRB 140 und IRB 6620LX unterschiedliche Funktionen – vom Clinchen über das Dosieren bis hin zu komplexen Handhabungsaufgaben.

Clinchen mit Robotern in der Gehäusefertigung
Das Clinchen ist eine umformende Verbindungstechnik, die oft auch als Toxen, Durchsetzfügen oder Druckfügen (engl. Press Joining) bezeichnet wird. Es ermöglicht das Verbinden blanker, vorlackierter oder beschichteter Bleche untereinander oder mit anderen Materialien. Es beruht auf der plastischen Verformung von Metallen unter hohem Druck in einem Werkzeug, das aus Stempel und Matrize besteht. Unter dem Pressdruck fließt das Material in der Matrize nach unten wie auch nach außen. Es bildet dabei einen Hinterschnitt, der die Bleche unlösbar miteinander verbindet. Das Clinchen ist nicht auf ebene Bleche beschränkt, sondern eignet sich auch zum Verbinden von Rohr- und Profilteilen. Das Verfahren ist ressourcenschonend, denn weder Kleber, Schweißzusatzwerkstoffe, noch Verbindungselemente wie Nieten oder Schrauben werden beim Clinchen verbraucht. Für die Planung, die Ausführung und den Betrieb von Fügeprozessen bringt dies Vorteile: So entfallen beispielsweise aufwändige Bevorratungs- und Zuführsysteme sowie die dafür erforderlichen Steuerungen. Das reduziert Investment und Wartungsaufwand sowie Energie und Ressourcen. 

Insgesamt 28 ABB-Roboter im Einsatz
Die Anlage für die Gehäusefertigung ist eine Eigenentwicklung der Miele-Abteilung Fertigungstechnik. Sie ist auf höchstmögliche Verfügbarkeit und Produktionssicherheit ausgelegt, denn der Vorlauf an Waschmaschinengehäusen pro Schicht beträgt nur 100 Stück. „Sollte die Gehäusefertigung mehr als 75 Minuten stillstehen, käme auch die Endmontage zum Erliegen“, erklärt Michael Pofalla, stellvertretender Leiter Rohbau bei Miele. 

Die ABB-Roboter überzeugen ihn und seine Mitarbeiter durch Zuverlässigkeit. Zurzeit fertigt Miele die Gehäuse auf zwei identischen Linien. Eine dritte ist im Bau, eine vierte in Planung, sie soll Mitte 2017 in Betrieb gehen. Dann werden insgesamt 28 ABB-Roboter an der Gehäusefertigung beteiligt sein. Die momentane Fahrweise mit zwei parallelen Linien gewährleistet durch die damit gegebene Redundanz die geforderte kontinuierliche und sichere Versorgung der Endmontage mit Gehäusen. Dies gilt selbst beim Ausfall einzelner Anlagenteile.

Nur ein manueller Vorgang bei der Fertigung
Der einzige manuelle Vorgang bei der Gehäusefertigung ist das Bestücken der Werkstückträger zu Beginn der Fertigung – alle Nachfolgeschritte sind voll automatisiert. 

Den Anfang machen zwei an einer Linearachse verfahrbar montierte Portalroboter vom Typ IRB 6620LX von ABB. Typische Anwendungen dieses Portalroboters sind die Maschinenbedienung sowie die unterschiedlichsten Handhabungs-, Montage- und Bearbeitungsaufgaben. Bei Miele fügen die Roboter das Gehäuse aus Bodenplatte, Seitenwänden, Halteblechen und Verbindungsleisten durch Clinchen. „Für die Portallösung haben wir uns aus Platzgründen entschieden“, sagt Edwin Edenfeld, der bei Miele unter anderem die Roboterprogrammierung verantwortet. „Die Verfahreinheiten können sich kreuzen, ohne dass sie sich gegenseitig behindern.“

Im Anschluss an das von den Portalrobotern ausgeführte Clinchen übernehmen mehrere IRB 6640 das Handling der Gehäuse zwischen den anderen Arbeitsstationen sowie das Ausführen zusätzlicher Clinch-Prozesse. Dann trägt ein IRB 2600 noch mehrere Heißklebepunkte vor dem Anschrauben der Füße auf. Am Ende der Fertigungsstrecke legt ein Roboter die Gehäuse in einen Aufzug für den Weitertransport zur Endmontage.

Die Aggregatvormontage war die erste Fertigungslinie, bei der Miele auf ABB-Roboter setzt. Entworfen und aufgebaut hat sie der Systemintegrator MBB Fertigungstechnik. Die ABB-Roboter passen hervorragend in das realisierte Konzept: Das Zusammenspiel von Programmierung und Steuerung funktioniert intuitiv; aufgrund der beengten Platzverhältnisse waren Roboter mit kompakter Bauform gefragt. Darüber hinaus war eine hohe Flexibilität eine wichtige Anforderung an die Fertigungsanlage für die Aggregatvormontage. Sie sollte sich einfach für weitere Aggregatgrößen erweitern lassen; für Variantenwechsel sollte kein Umrüsten notwendig sein.

Die 65 Meter lange Fertigungslinie für die Aggregatvormontage ist auf eine Jahreskapazität von eine Million Aggregaten ausgelegt. Wie in der Gehäusefertigung beginnt auch hier der Prozess mit dem manuellen Bestücken. Dazu legt ein Mitarbeiter die erforderlichen Teile auf eine Transportpalette, die anschließend automatisch zu drei Montagezellen fährt. Insgesamt sorgen hier 21 ABB-Roboter für die erforderliche Präzision beim Schrauben, Fügen, Montieren und Handhaben der für die Aggregate erforderlichen Komponenten. Dazu zählen unter anderem das Lagerkreuz, die Innentrommel, der Laugenbehälter als wasserführendes Bauteil, sowie der Antriebsmotor mit Riemen, schwingende Teile sowie ein Wellendichtring.

„Sockenfresser“ sind unerwünscht!
Qualität und Langlebigkeit der Waschmaschinen hängen von der Genauigkeit beim Montieren der Baugruppen und Komponenten der Aggregate ab. So ist zum Beispiel beim Einstellen des Spalts zwischen der Innentrommel und dem Laugenbehälter, in dem die Trommel rotiert, lediglich eine Abweichung von wenigen Zehntel Millimetern erlaubt. Nur so lässt sich eine definierte Luft- oder Wasserzirkulation realisieren, die ein Verkeimen sowie Spaltkorrosion verhindert. Zudem werden durch die definierte Spalteinstellung sowohl Wäscheschäden als auch die berühmten „Sockenfresser“ vermieden.

In einer dieser Montagezellen, die wesentlich zur langen Lebensdauer der Miele-Waschmaschinen von 20 Jahren und mehr beiträgt, übernimmt ein IRB 140 eine Schlüsselfunktion. Zunächst holt er sich von der Transportpalette den Wellendichtring und ermittelt seine Masse. Anschließend trägt er eine definierte Menge Fett auf. Danach wiegt er ihn erneut, um aus der Gewichtsdifferenz zu erkennen, ob der Applikator wirklich die erforderliche Fettmenge aufgetragen hat. Ist das Ergebnis positiv, setzt er den Wellendichtring wieder auf die Transportpalette, die ihn zur nächsten Bearbeitungsstation bringt. Um eine vollständige Dichtigkeit zu erzielen, ist der Laugenbehälter absolut exakt zur Laugenbehälterkappe und dem Klemmring zu positionieren. Diese Präzisionsarbeit übernimmt ein IRB 6640. Nach dem Verschließen des Klemmrings als verbindendem Element zwischen Laugenbehälter und Laugenbehälterkappe, führt der Roboter das Aggregat dem nächsten Bearbeitungsschritt zu.

Bei der automatisierten Entnahme des Antriebsmotors aus den entsprechenden Verpackungseinheiten kommt eine besondere Softwareoption der ABB-Roboter zum Einsatz – Softmove. Diese in der Robotersteuerung IRC5 integrierte Funktion schaltet eine Achse des Roboters weich. Dadurch ist er ausschließlich in dieser Achsrichtung nachgiebig, während die anderen ihre gewohnte Steifigkeit behalten. So kann er beispielsweise Bauteiltoleranzen ausgleichen. Dies prädestiniert ihn für Anwendungen, bei denen er nachgiebig sein muss. Er kann dann zum Beispiel Änderungen kompensieren, die von den Einwirkungen durch Werkzeuge, Maschinen und Vorrichtungen verursacht wurden.

Fritsche/pb

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