Sicherer Werkzeugwechsel für Produktion von Kfz-Prototypen
Die Firma Stickel im schwäbischen Löchgau produziert mit einer Roboterzelle von Fibro Läpple Technology (FLT) Kfz-Ersatzteile und Prototypen. Der Kuka-Roboter KR240 R2700 Prime aus der Quantec-Serie ist dabei mit einem präzisen und sicheren Werkzeugwechsler des schwedischen Unternehmens Robot System Products (RSP) ausgestattet.
Das Unternehmen Stickel mit seinen rund 85 Mitarbeitern ist bekannt für anspruchsvolle Blech-Umformteile für den Prototyp- und Versuchsaufbau für Vor- und Kleinserien. Die große Vielfalt an produzierten Teilen fordert jedoch auch eine Vielzahl von unterschiedlichsten Anwendungen, die möglichst platzsparend untergebracht werden müssen. Eine Roboterzelle vom Automatisierungsspezialisten FLT samt Werkzeugwechsler von RSP schafft hier Abhilfe. Der Einsatz mehrachsiger Robotersysteme schafft mehr Flexibilität und eröffnet dadurch neue Möglichkeiten bei der Automatisierung von Applikationen. Denn im Gegensatz zu anderen Systemen kann ein Roboter mehrere Aufgaben übernehmen. Mit dem Werkzeugwechsler lassen sich daher mehrere Prozesse in einer Zelle mit nur einem Roboter durchführen. Die Zelle wurde 2015 von FLT installiert und ist so flexibel, dass diese sukzessive um neue Prozesse erweitert werden kann. Anfangs für die Anwendungen Widerstandspunktschweißen, Rollfalzen und Drückfügen geplant, folgen nun weitere Werkzeuge für das Kleben sowie Handling-Anwendungen. Über ein seitlich angebrachtes Hubtor können die fertigen Teile bequem entnommen werden. So kann Stickel Laderaumklappen, Motorhauben, Radkästen, Dächer und vieles mehr für Kfz-Prototypen und als Ersatzteile von Oldtimer fertigen.
Sicher und positionsgenau Roboterwerkzeuge wechseln
Doch neue Möglichkeiten schaffen auch neue Gefahren, die in der 2011 veröffentlichten Sicherheitsnorm ISO10218-2 beschrieben werden. Demnach darf das Werkzeugwechselsystem auch beim Ausfall der Energiezufuhr – etwa der Pneumatik – nicht öffnen, da dies zu einer Gefährdung führen könnte. Um Sicherheit zu gewährleisten, darf das Öffnen des Wechselsystems zudem nur an definierten Positionen möglich sein. Gemeinsam mit der Partnerfirma SSP – Safety System Products hat RSP daher einen sicheren Werkzeugwechsler TCSafe entwickelt. Dieser bietet hohe Sicherheit bei jedem Ablegen und Aufnehmen von Werkzeugen – tagtäglich an 365 Tagen im Jahr. Ausgestattet mit Sicherheits- und Drucksensoren wird jeder Vorgang beständig überwacht und eine Fehlbedienung ausgeschlossen. Alle relevanten Signale werden über Profinet- bzw. Profibussysteme übertragen oder können auch als hartverdrahtete Verbindung realisiert werden. Dabei erreichen die validierten Sicherheitsfunktionen das Performance Level PLd und die berührungslosen RFID-Sicherheitssensoren Safix zur Stellungsabfrage PLe. Ein sicheres Abschalten des Werkzeugwechslers, etwa beim Öffnen der Schutzeinrichtungen, ist somit gewährleistet. Das heißt, dass ein Herabfallen oder Wegfliegen der Werkzeuge sicher verhindert wird. Alle sicherheitsrelevanten Funktionen werden vom Werkzeugwechslersystem eigensicher ausgeführt und überwacht. Der Integrator stellt ausschließlich die Anforderung zum Öffnen oder Schließen – weitere Sicherheitsfunktionen am Werkzeugwechselsystem werden nicht benötigt.
RFID-Sicherheitssensor Safix
An den drei Toolstands, also den Werkzeugablagen, wird die Endlage des Werkzeuges über den kompakten, berührungslosen Sicherheitssensor Safix sicherheitsgerichtet abgefragt. Eine mögliche Gefahrenquelle ist an dieser Stelle auch das Vertauschen von Werkzeugen, die manuell umgehängt wurden. Doch mit seiner hohen Kodierungsstufe nach ISO14119 löst Safix diese Anforderung: Einmal auf einen Betätiger eingelernt, kann der Sensor nur noch durch diesen betätigt werden. So fragt der Werkzeugbahnhof von SSP nicht nur ab, ob ein Werkzeug vorhanden ist, sondern überprüft zusätzlich, ob sich das richtige Werkzeug im dazugehörigen Bahnhof befindet.
Patentiertes Verschlussverfahren TrueConnect
Bei dem von RSP entwickelten TrueConnect-Verfahren wird der Werkzeugwechsler über ein Kugelsystem gehalten. Mit den Kugeln wird die dazugehörige Werkzeugplatte in speziell eingearbeiteten Kavitäten automatisch zentriert. Dieses System ermöglicht kraftvolle, schnelle und höchstpräzise Werkzeugwechsel, die zum Teil unter einer Sekunde liegen. Die elektrischen Kontakte schließen erst nachdem das Werkzeug zentriert und verriegelt wurde. So werden die Kontakte vor Verschmutzung und Abnutzung geschützt. Durch dieses patentierte Verfahren wird eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit (nominal 0,01mm) realisiert. Das System ist nahezu verschleißfrei und garantiert somit eine sehr hohe Lebensdauer. Dieses Verfahren ermöglicht den Anwendern außerdem eine Kraftmomentaufnahme die nahezu doppelt so hoch ist wie bei herkömmlichen Systemen.
Zufriedene Anwender
Ralf Fein, Projektverantwortlicher bei FLT, lobt den sicheren Werkzeugwechsler, der seiner Ansicht nach der erste sichere Wechsler ist, der die Anforderungen der Maschinenrichtlinie erfüllt und dies auch nachweisen kann. Zudem schätz er die hohe Präzision und Langlebigkeit der RSP-Systeme und sieht in der schnellen Inbetriebnahme sowie in der Flexibilität, die durch Wechselsysteme geschaffen wird, deutliche Vorteile.
