Entkettete Werkzeugträger auf Basis eines Langstator-Linearmotorsystems

Transrapid der Automatisierung

So flexibel wie nur möglich sollen Produktionsmaschinen sein. Das fordern immer mehr Kunden von ihren Maschinenlieferanten. Anders als die bislang üblichen festverketteten Systeme können hier einzeln ansteuerbare Werkstückträger einen entscheidenden Beitrag zur Flexibilisierung leisten. Dass der Flexibilitätsgewinn sowohl für den Betreiber als auch den Maschinenbauer hoch sein kann, konnte jetzt mit einer Montagemaschine bewiesen werden, die mit einem Langstator-Linearmotorsystem arbeitet.

Auf der erweiterbaren Montageanlage von K&S werden seit Anfang 2020 Produkte für die Medizintechnik in verschiedenen Varianten montiert. (Bild: K&S Anlagenbau GmbH)

Das Unternehmen K&S Anlagenbau hat sein Geschäftsfeld seit der Gründung im Jahre 1990 über den Werkzeugbau hinaus ausgebaut, um schnell auf sich ändernde Anforderungen reagieren und Komplettpakete im Bereich Automatisierung anbieten zu können. Es verfügt mittlerweile über ein großes Spektrum an Systemmodulen für das Stanzen, Biegen, Montieren, Schweißen oder Löten. Diese sind für den Aufbau getakteter Rund- und Linearanlagen mit einer Ausbringungsleistung von bis zu 100Mio. Stück pro Jahr konzipiert. Darüber hinaus hat der Anlagenbauer Zuführlösungen sowie Blistergurtverpacker für hohe Kadenzen entwickelt und in sein Modulprogramm aufgenommen. Allerdings setzten die in Fertigungs- und Montageanlagen verbreiteten fest gekoppelten Werkstückträger (WT)-systeme der Flexibilisierung Grenzen. Die langsamste Prozessstation der Anlage bestimmt hier den maximal erreichbaren Durchsatz. Wird z.B. für eine zweite Ausbaustufe ein höherer Durchsatz gewünscht, müssen alle Prozessstationen doppelt angelegt werden. Dann können jeweils zwei Teile gleichzeitig bearbeitet werden. Das ist auch bei Stationen erforderlich, die in der Anlagenzykluszeit problemlos eine höhere Kadenz erreichen könnten. Hier bieten entkettete WT-Systeme auf Basis eines Langstator-Linearmotorsystems Anlagenbauern und Kunden eine neue Dimension der Flexibilisierung ihrer Anlagen.

Die individuell steuerbaren Shuttles mit dem Werkstückträger sind die Grundlage für die hohe Flexibilität der Montageanlage. (Bild: K&S Anlagenbau GmbH)

Flexibles Linearmotorsystem

Als sich ein Produzent aus der Medizintechnikbranche mit der Aufgabe an K&S wandte, eine Anlage für die Montage einer Durchflusskomponente zu bauen, suchten die Verantwortlichen nach einer passenden Lösung für diese Herausforderung. Aufgrund der Möglichkeit, verschiedene Prozesspositionen anzusteuern, entschieden sie sich für den Einsatz eines Werkstückträgertransportsystems mit dem Langstator-Linearmotorsystems SuperTrak von B&R. Neben der Anzahl der Produktvarianten waren auch die Anforderungen an den Montageprozess wie auch die Qualitätssicherungsmaßnahmen noch nicht definiert. Dadurch, dass es sich um eine Produktneuheit handelte, war zusätzlich unklar, welche Menge von dieser Komponente der Markt benötigt.

Kein Vorserienautomat nötig

K&S hat die Anlage darum von vornherein für zwei Ausbaustufen konzipiert. In der ersten Stufe ist die Anlage für eine Ausbringungsleistung entsprechend der ersten Marktprognose ausgelegt, die bei Bedarf in der zweiten Stufe verdoppelt werden kann. „Ein Vorserienautomat, mit dem sich Produzenten in solchen Fällen in der Vergangenheit behelfen mussten, ist somit nicht mehr notwendig“, erklärt Michael Fritsch, Vertriebler bei K&S. Auf das stabile, 6m lange Maschinenbett haben die Konstrukteure ein geschlossenes, ovales Schienensystem aus zwei 180°-Kurvensegmenten und acht Geradensegmenten (jeweils 1m lang) des Transportsystems SuperTrak von B&R gesetzt. Diese Anordnung bietet ausreichend Raum für etwa 20 Standardmodule. In der ersten Ausbaustufe sind 14 Stationsplätze belegt.

Einzeln ansteuerbare Shuttles mit Kollisionsschutz

Auf dem Schienenoval werden Shuttles mit individuell angepassten Werkstückträgern durch die Prozessstationen geführt. Der Wert für Richtung, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Zielposition kann dabei für jedes Shuttle individuell programmiert werden. Eine integrierte Kollisionsvermeidung schließt einen Shuttle/Shuttle-Kontakt aus und sorgt vor den Prozessstationen für ein automatisches und sicheres Einreihen. Somit ist es möglich, Prozessstationen ohne Stopp zu durchfahren bzw. weitere Stopps an zusätzlichen Prozessstationen einzufügen sowie innerhalb einer Prozessstation verschiedene Positionen anzufahren. Es lässt sich eine Variantenfertigung, ein Umbau oder eine Erweiterung der Anlage mit überschaubarem Aufwand realisieren. Für den Kunden ergibt sich damit der Vorteil, dass er die Ausbringung der Anlage den ersten Phasen des Produktlebenszyklus anpassen kann.

Kaum Mehraufwand bei Durchsatzsteigerung

Ein weiterer Vorteil des SuperTrak-Systems zeigt sich für den Kunden bei der Erhöhung der Ausbringungsleistung einer Anlage. In vielen Anlagen sind nur vereinzelte Stationen zeitkritisch. Eine Ausbaustufe lässt sich z.B. mit der Verdoppelung dieser zeitkritischen Stationen und wenigen zusätzlichen Shuttles realisieren. Die Steigerung des Durchsatzes kann so schnell und einfach erreicht werden. Vom flexiblen System profitiert auch der Anlagenbauer. Durch eine vorausschauende Planung von Platzreserven, kann er erforderliche oder gewünschte Änderungen vom Kunden mit vergleichsweise geringem Aufwand in allen Projektphasen umsetzen. „Das hat sich bestätigt, als wir die Montageanlage auf Kundenwunsch während der Projektendphase für eine weitere Produktvariante einsetzbar machen sollten“, erläuterten die Verantwortlichen. Einige zusätzliche Werkstückträger und eine weitere Station reichten aus, um den Kundenwunsch umzusetzen.

Sonderfahrten für QS-Maßnahmen

Die hohe Flexibilität, die die einzeln ansteuerbaren Shuttles bieten, hat K&S zudem dazu genutzt, die Anlagenverfügbarkeit der Montageanlage zu steigern: Zur Qualitätssicherung wird die Funktionalität der Prüfstationen der Anlage regelmäßig mit entsprechend präparierten Werkstück-Dummies validiert. Bei Anlagen mit fest verketteten Werkstückträgern wird dieser Schritt meist manuell vom Bedienpersonal durchgeführt. Weil damit Unterbrechungen der regulären Produktion einhergehen, erfolgt das meist nur in größeren Abständen. Mit SuperTrak konnte K&S auch diese Aufgabe eleganter und effizienter lösen: Die Dummies werden programmgesteuert von einer Pick&Place-Station in den Werkstückträger gesetzt und automatisch direkt in die zu prüfende Prozessstation gefahren. Nach vollzogenem Prüfschritt wird der Prüfling wieder zur Pick&Place-Station gefahren und ausgeschleust. Ein manueller Eingriff durch den Maschinenbediener ist nicht mehr erforderlich – die Anlagenverfügbarkeit steigt. Wegen der geringen negativen Auswirkungen der automatisierten Tests, lassen sich diese bei Bedarf auch in kürzeren Abständen durchführen. Die Prozesssicherheit wird erhöht. Darüber hinaus ist bei dieser Umsetzung der Qualitätssicherungsmaßnahme eine Beschädigung nachgeschalteter Prozessstationen durch ein fehlerhaftes Werkstück so gut wie ausgeschlossen. Mit Hilfe einer Sonderfahrt wird diese sofort ohne weitere Montageschritte direkt nach dem Prüfschritt zur Ausschleusstation transportiert.