Vollautomatische Baugruppenmontage mit Handling-Robotern
Präzise montiert
Verpackungsaufgaben und Einzelmontagen sind häufig technisch sehr anspruchsvoll. Hier kann eine vollautomatische Anlage zur Baugruppenmontage Abhilfe schaffen. Drei Handling-Roboter, bestückt mit mehreren elektrisch betriebenen Greifern, führen dabei Kundenaufträge flexibel und zuverlässig aus.
Drei Yaskawa-Handling-Roboter vom Typ Motoman MH5 bedienen Kundenaufträge flexibel und zuverlässig. (Bild: Zimber Verpackungen)
Die Firma Zimber Verpackungen aus Gutach im Breisgau in Baden-Württemberg hat sich auf die Herstellung hochwertiger Verpackungen spezialisiert. Aufgrund des Vertrauens der Kunden hat das Unternehmen sein Geschäftsmodell erweitert: Hochmoderne Maschinen verpacken im Kundenauftrag vollautomatisiert ganze Sets sowie Klein- und Großserien.
Komplexe Montageaufgaben
Den Entschluss fasste Ralf Zimber, Geschäftsführer von Zimber Verpackungen, schon vor einigen Jahren: Der lukrative Geschäftsbereich Lohnverpackung sollte um die zusätzliche Dienstleistung Baugruppenmontage für unterschiedliche und komplexe Bauteile erweitert werden. Doch wie würde sich diese ehrgeizige Herausforderung schultern lassen? Zumal die Anforderungen hinsichtlich Qualität und Flexibilität ständig steigen. Nach einigen Überlegungen und Anfragen bei einer Reihe von Maschinenbauern wurde rasch deutlich: Wirtschaftlich war die Aufgabe nur mit einer betreuten Eigenentwicklung realisierbar. Gemeinsam mit einem freien Konstrukteur wurde daher das Anforderungsprofil detailliert festgelegt und die Möglichkeiten im Kosten/Nutzen-Verhältnis abgewogen.
Flexibilität und Schnelligkeit
„Wichtigstes Ziel bei der Entwicklung der Anlage war, ein hohes Maß an Flexibilität bei gleichzeitig wenig Zeitverlust sowohl bei den Umrüstvorgängen wie auch bei der Montage zu erreichen“, berichtet Zimber. Aus Wünschen wurde in 15 Monaten Entwicklungs- und Bauzeit Wirklichkeit: Heute ist das Unternehmen gut auf Aufträge mit komplexen Bauteilen vorbereitet. Installiert wurde eine Anlage mit drei Industrierobotern Motoman MH5 von Yaskawa. Verschiedene Teile für die Elektronikindustrie, z.B. Steckverbinder und Kabelverschraubungen, aber auch Bauteile für die Heizungsindustrie sowie für viele andere Anwendungen können nun in kurzer Zeit präzise montiert werden. Die Firma setzt zudem auf die Vorteile des 3D-Drucks. So wurden die Teileaufnahmen, die Greifer für die Roboter und sogar die O-Ring-Montagevorrichtungen fast vollständig im 3D-Druckverfahren hergestellt. Zimber dazu: „Wegen der sehr kurzen Wiederbeschaffungszeit von ca. einer Woche und den geringen Herstellungskosten, die nur einen Bruchteil der Kosten der herkömmlichen Fertigung betragen, wurde der 3D-Druck bei der Herstellung der Komponenten zu einem unverzichtbaren Verfahren.“
Die Kupplungssteckverbinder bestehen aus insgesamt sechs Einzelkomponenten, die trotz hoher Taktzahlen passgenau zusammengefügt werden müssen. (Bild: Hummel AG)
Roboter steuern Montagevorrichtungen
Für den Teiletransport können bei Zimber Verpackungen je nach Anforderung entweder die Hochgeschwindigkeitsroboter oder ein Rundtisch verwendet werden. Sofern die Bauteile noch verschraubt werden sollen, wird der Rundtisch mit integrierter Schraubstation eingesetzt, für die unterschiedliche Bauteile mit Rechts- oder Linksgewinde kein Problem darstellen. Ist kein Verschrauben der Bauteile erforderlich, übernehmen die Roboter den kompletten Teiletransport. Die Zuführung der Einzelteile erfolgt über universelle Förderbänder. Dabei kommen spezielle im 3D-Druckverfahren hergestellte Aufnahmen zum Einsatz, die exakt auf das jeweilige Bauteil abgestimmt sind. Die Robotersteuerung steuert auch sämtliche Montagevorrichtungen. Das ermöglicht nicht nur die Montage von komplexen Bauteilen, die hier aus bis zu acht Einzelkomponenten bestehen, sondern zusätzlich die Montage von zwei einfachen, jedoch völlig verschiedenen Bauteilen gleichzeitig.
Aktuell übernehmen Motoman-Handling-Roboter bei Zimber die Konfektion von zwöfpoligen Kupplungssteckverbindern. (Bild: Zimber Verpackungen)
Industrieroboter für komplexe Aufgaben
Für die vielfältigen, komplexen Aufgaben des Verpackungsspezialisten im Breisgau sind die sechsachsigen Roboter Motoman MH5 gut geeignet. Das Modell ist speziell auf den Einsatz in den Bereichen Handling, Maschinenbeschickung, Verarbeitungs- und Verteilungsapplikation ausgerichtet. Mit einer Traglast von 5kg bei einem Eigengewicht von 29kg und einer erhöhten Reichweite bis 895mm ist der MH5 sehr effizient. Konzipiert wurde er für den Einsatz in beengter Arbeitsumgebung: Durch seine flexiblen Montagemöglichkeiten an Wand, Decke oder Boden spart der Roboter Produktionsfläche. Durch seine schlanke Bauweise werden Umrüstvorgänge erleichtert. Der maximale Arbeitsbereich ist mit 160° in beide Richtungen großzügig ausgelegt. Um den Anforderungen hoher Flexibilität gerecht zu werden, ist jeder der drei Roboter mit mehreren elektrisch angetriebenen Greifern bestückt. Sie sind für unterschiedlich erforderliche Abmessungen ausgelegt und stellen sich somit flexibel auf die jeweiligen Bauteile ein. Ein weiterer Vorteil: Die Behandlung der Bauteile erfolgt schonend. Somit können – mit nur einem System – sowohl robuste Metallteile unterschiedlicher Abmessungen als auch empfindliche O-Ringe und dünnwandige Kunststoffteile sicher gegriffen und transportiert werden. Die Wiederholgenauigkeit beim MH5 beträgt 0,02mm.
Das Modell MH5 ist speziell auf den Einsatz in den Bereichen Handling, Maschinenbeschickung, Verarbeitungs- und Verteilungsapplikation ausgerichtet. (Bild: Yaskawa Europe GmbH)
Qualitätssicherung per hochauflösender Kamera
Die korrekte Positionierung oder der Zusammenbau der Einzelteile wird bei Bedarf durch eine in die Robotersteuerung integrierte hochauflösende Kamera vorgenommen. Sofern erforderlich, kann diese sogar bestimmte Merkmale der Bauteile, wie z.B. Durchmesser oder Winkel von Nuten, genau ausmessen.
Erste Praxisanwendungen
Die neu konstruierte Anlage hat sich inzwischen in der industriellen Praxis bewährt: So übernehmen die Motoman-Roboter bei Zimber aktuell für Hummel die Konfektion von zwölfpoligen Kupplungssteckverbindern. Diese bestehen aus insgesamt sechs Einzelkomponenten, die trotz hoher Taktzahlen passgenau zusammengefügt werden müssen.
