Anlage automatisiert körperlich schwerste Handarbeiten Roboter putzt Staplergabeln

Anlage automatisiert körperlich schwerste Handarbeiten

Roboter putzt Staplergabeln

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Beim Spezialisten für Stapler-Gabeln Kaup hat Kuka Industries eine clevere Anlage konzipiert, die das anstrengende Verputz-Finishing nach dem Verschweißen automatisiert. Das entlastet die Mitarbeiter und steigert die Geschwindigkeit.

Unter dem Slogan „Die Hände Ihres Staplers“ fertigt Kaup über 40 000 Stapler-Anbaugeräte. Darunter sind 8000 standardisierte Staplergabeln, die auf einer Schweißroboter-Anlage von Kuka Industries gefertigt werden. Durch das automatisierte Schweißen der beiden Bleche mit Dicken zwischen 40 und 80 mm entstehen die L-förmigen Rohlinge der Gabel, deren Schweißstellen im Finish verfeinert werden.

Dieses Verputzen der Gabelrohlinge war in der Vergangenheit ein schwerer Job, den zwei Mitarbeiter in Wechselschicht manuell ausführten. „Im Jahr 2014 wurde uns bewusst, dass der Termin immer näher rückte, zu dem uns beide Mitarbeiter in den verdienten Ruhestand verlassen würden“, erklärt Produktionsleiter Ernesto Martin. „Heute ist es aber kaum noch möglich, Mitarbeiter zu finden, die bereit sind, eine körperlich so anstrengende Aufgabe Tag für Tag auszuführen. Wir sprechen hier von mehr als 40 Gabeln täglich!“
Dies war für Martin einer der Gründe, um über eine automatisierte Lösung nachzudenken. „Ein weiterer Grund ist, dass der Zeitbedarf für das Verputzen in die Berechnungen der Taktzeiten bei uns nie wirklich Eingang gefunden hat.“ Bei den Schweißprozessen werden zwar die Sekunden gezählt, aber das manuelle Verputzen dauerte ebenso lange, wie es dauerte. „Somit waren diese Nebenarbeiten letztlich ein Flaschenhals im Produktionszyklus. Das sollte geändert werden.“
Im Herbst 2014 begannen Experten von Kaup und Kuka Industries mit ersten Versuchen im Technikum in Obernburg. Dabei wurde den Spezialisten auf beiden Seiten sehr schnell bewusst, dass die vermeintlich einfache Aufgabe der Schleifprozess-Automation von enorm vielen Parametern, Ablauffolgen, Messwerten, Werkzeugverschleißanalysen und Erfahrungen abhängig ist.
„Wir haben selbst Winkelschleifer und andere Schleifgeräte in die Hand genommen, um zu begreifen, wie ein Ablauf sein sollte, um daraus die Bewegungsmuster für den Roboter zu entwickeln“, so Martin. Ändere man beispielsweise nicht ständig den Anstellwinkel, setzen sich die Poren bei Korund- und Fächerschleifern sehr schnell zu, was deren Standzeit und Abtragergebnis massiv verschlechtert. „Daneben ging es darum, zu bestimmen, wie viele Schleifzyklen notwendig sind, um ein überzeugendes Ergebnis zu erzielen.“
Auf Basis dieser Erfahrungen wurde eine entsprechende Anlage konzipiert und im Herbst 2015 installiert. In der 2-Stationen-Anlage bildet ein Roboter mit 60 kg Tragkraft das zentrale Element. Über ein Werkzeugwechselsystem ist er in der Lage, alle anstehenden Verputzarbeiten auszuführen. Je Station legt ein Werker mit Hilfe eines Krans jeweils zwei Gabelrohlinge in zwei stationäre Aufspannvorrichtungen ein. Über eine Parameterdatenbank werden die Daten der Gabeln eingegeben und damit einem Schleifprogramm zugeordnet.
Weil sich bei Werkstücken dieser Dimensionen gewisse Toleranzen in der Vorfertigung nicht verhindern lassen, ist der erste Schritt das Vermessen der Istwerte einer jeden Gabel. Dazu holt sich der Roboter aus der Werkzeugwechselstation einen Funk-Messtaster und fährt relevante Punkte an. Die Messergebnisse dienen dann als Korrektiv für das hinterlegte Bauteilprogramm.
Parameter-Flut war ein Problem
Nach einem Werkzeugwechsel setzt der Roboter eine Flex mit Fächerschleifer ein. Diese wird wie die folgenden Werkzeuge mit Druckluft betrieben. Mit der Flex verputzt der Roboter die stirnseitigen Außenflächen der Gabeln im Bereich des geschweißten Winkels sowie die Unterseite, an die eine Verschleißleiste angeschweißt wurde. Auch der äußere Radius der Gabel wird verrundet.
Nun holt sich der Roboter einen Schleifstein, den er zunächst vor eine Messeinrichtung führt, um den Durchmesser zu bestimmen und auf dieser Basis den Schleifvorgang mit dem entsprechenden Druck und den passenden Bewegungsmustern an der Innenkehle der Gabel auszuführen. Unterschreitet der Schleifstein durch Verschleiß einen Mindestdurchmesser, wird er in der Werkzeugwechselstation getauscht.
Den Feinschliff führt der Roboter an der Innenkehle der Gabel mit einem Fächerschleifer aus. Die Standzeit der Schleifpapiere von Flex und Fächerschleifer wurde in Versuchen festgelegt. Daneben hat der Bediener ein Auge auf deren Zustand, wenn sie in der Wechselstation abgelegt werden, und kann bei Bedarf neue Werkzeuge bereitstellen.
„Die größte Herausforderung bei der Programmierung stellte die Flut an Parametern dar, die wir gemeinsam mit Kaup ermittelt haben“, so Stefan Seiler, Teamleiter Vertrieb und Projekte Arc & Laser Solutions EMEA bei Kuka Industries. „So überraschend es klingen mag, gab es keine auch nur annähernd vergleichbare Anlage, die wir als Referenz hätten nutzen können.“
So entstanden schließlich Referenzprogramme, die Kaup mit dem eigenen Knowhow sukzessive erweitert und anpasst. Es sind Informationen hinterlegt wie Anstellwinkel des Werkzeugs, Anpressdruck, Vorschub, Abtrag pro Schleifzyklus, zu erwartende Standzeit sowie angepasste oszillierende Bewegungen, um die Poren von Schleifstein und Schleifpapieren frei zu schleifen.
Martin ist zufrieden: „Wir haben einen sehr unbeliebten, weil körperlich anstrengenden, lauten und staubbelasteten Produktionsschritt automatisiert. Menschen werden solche Verputz-Aufgaben nun nur noch dann ausführen, wenn es sich um ausgefallene Sonderwerkstücke handelt. Gleichzeitig konnten wir mit der neuen Anlage die Geschwindigkeit um etwa 50 Prozent steigern, denn ein Zyklus dauert nur 8 Minuten.“ Für die Zukunft plant Kaup bereits weitere Automationsschritte im Bereich Entgraten und Verrunden. ↓
Kuka Industries GmbH
Euroblech Halle 13, Stand C194
„Wir haben selbst Schleifgeräte in die Hand genommen, um daraus die Bewegungsmuster für den Roboter zu entwickeln.“ Ernesto Martin, Kaup

Projekt-Highlights
Das Verputzen der Gabelrohlinge war in der Vergangenheit ein schwerer Job, den zwei Mitarbeiter in Wechselschicht manuell ausführten.
Die vermeintlich einfache Aufgabe, den Schleifprozess zu automatisieren, ist von enorm vielen Parametern abhängig. Diese Flut an Parametern war die größte Herausforderung bei der Programmierung. In gemeinsamen Versuchen wurden die Parameter festgelegt.
In der 2-Stationen-Anlage bildet dann ein Roboter mit 60 kg Tragkraft das zentrale Element. Über ein Werkzeugwechselsystem ist er in der Lage, alle anstehenden Verputzarbeiten auszuführen (Flex, Schleifstein, Flächenschleifer).
Zu Beginn der Bearbeitung werden die Ist-Werte jeder Gabel vermessen. Die Messergebnisse dienen als Korrektiv für das Bauteilprogramm.
Mit der neuen Anlage wurde die Geschwindigkeit um 50 Prozent gesteigert. ↓
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