Qualitätsprüfung von schweren Kurbelwellengehäusen MRK bei BMW: Roboter verbessert Ergonomie

Qualitätsprüfung von schweren Kurbelwellengehäusen

MRK bei BMW: Roboter verbessert Ergonomie

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Zur Verbesserung der Ergonomie im BMW Werk Landshut hat der Kuka-Partner MRK-Systeme eine kollaborative Roboteranwendung bei der Qualitätssicherung von Kurbelwellengehäusen realisiert.

Das BMW Werk Landshut unterhält eine der modernsten Leichtmetallgießereien der Welt. Ob Drei-, Vier- oder Sechszylinder-Motoren – für sämtliche Modelle der Flotte werden hier die Kurbelwellengehäuse gefertigt. Der Prozess zur Qualitätssicherung der Kurbelwellengehäuse sollte automatisiert werden, allerdings kam eine Vollautomation nicht in Frage, da es weiterhin des geschulten Blicks der Mitarbeiter bedarf. Deswegen lautete der Auftrag an den auf die Mensch-Roboter-Kollaboration spezialisierten Kuka-Partners MRK-Systeme, eine Anlage zu entwickeln, in der Mensch und Roboter direkt zusammenarbeiten – ohne Schutzzaun.

Wichtigster Vorteil der Anlage: Sie schont die Gesundheit der Mitarbeiter, die nun nicht mehr die schweren Bauteile bewegen müssen. „Die Mensch-Roboter-Kollaboration sorgt für die ergonomische Entlastung“, erklärt Michael Mohre, verantwortlich für den Bereich Operations bei MRK-Systeme und maßgeblich an der Installation beteiligt.
Bislang erfolgte die Qualitätsprüfung mittels eines Rhönrads. Das Kurbelgehäuse wurde mit Muskelkraft samt Rhönrad gedreht, um es so von allen Seiten auf Fehler zu untersuchen. Das Problem dabei: das Rhönrad ist schwer. Zudem mussten sich insbesondere großgewachsene Arbeiter bei jedem Prüfvorgang bücken. Das Ziel war daher eine Applikation, die die Mitarbeiter entlastet, einfach zu bedienen ist sowie die kurzen Taktzeiten einhält. „Die Anforderungen von BMW waren prädestiniert für den Einsatz von Robotern, da diese sehr flexibel einsetzbar sind. Bei Bauteiländerungen können sie zudem einfach umprogrammiert werden“, erklärt Mohre.
Jedes Gehäuse geprüft
Seit eineinhalb Jahren sind daher nun in Landshut an der Produktionslinie zwei identische Applikationen mit jeweils einem 210 kg tragenden Roboter aus der KR Quantec Serie im Einsatz. Jeweils ein Mitarbeiter steuert dabei mittels Joystick die Bewegungen des Roboters KR 210 R2900 prime K, um in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler zu prüfen.
Über ein Förderband werden die Kurbelwellengehäuse angeliefert. Je nach Bauart (Drei-, Vier- oder Sechszylinder) wählt die übergeordnete Steuerung das entsprechende Programm zur Bewegungssteuerung des Roboters aus. Erreicht das Kurbelwellengehäuse den Arbeitsbereich, steuert der Werker mittels Joystick die Bewegungen des Roboters. Der Roboter bewegt sich auf einer vorgegebenen Bahn zum Gehäuse, schließt den Greifer und reicht das Bauteil dem Werker an.
30 Kilogramm im Griff
Nun prüft es der Arbeiter mittels Kaltlichtlampe auf Fehler. Währenddessen hält der Roboter das rund 30 kg schwere Bauteil sicher in der für den Mitarbeiter optimalen Höhe. Hat der Werker den Prüfvorgang abgeschlossen, fährt er den Roboter samt Gehäuse zurück zum Förderband und legt es ab. Beendet ist der interaktive Prüfvorgang mit einem Knopfdruck. Damit dokumentiert der Mitarbeiter, ob das Bauteil in Ordnung oder nicht in Ordnung ist.
Bei der direkten Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine steht die Sicherheit an erster Stelle. Drei voneinander unabhängige Safety-Vorrichtungen sorgen für maximale Sicherheit am Arbeitsplatz:
  • eine sichere speicherprogrammierbare Steuerung (Safe-SPS), die auch den Greifer sicher steuert;
  • eine sichere Robotersteuerung, die den Roboter nur bestimmte Geschwindigkeiten in Arbeitsräumen ausführen lässt sowie
  • ein Zustimmtaster. Damit sich der Roboter überhaupt bewegt, muss der Mitarbeiter den Zustimmtaster gedrückt halten. Lässt er los, stoppt der Roboter sofort.
Für die praktikable Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ist darüber hinaus eine einfache Bedienung entscheidend. Bei der Umsetzung wurde daher darauf geachtet, dass sowohl Rechts- als auch Linkshänder einfach den Roboter steuern können.
Ferner ist die Steuerung des Roboters intuitiv beherrschbar. Drückt oder zieht der Mitarbeiter den Joystick-Griff nach vorne/hinten, bewegt sich der Roboter in eine parametrierte Richtung. Drückt er ihn nach links oder rechts, orientiert sich der Roboter ebenfalls um. Über ein Daumenrad kann die Höhenverstellung des Kurbelgehäuses relativ zum Werker vorgenommen werden.
Seit 2015 befinden sich die beiden Anlagen in Betrieb. Das Fazit: „Wir konnten die Erwartungen durchweg erfüllen. Die Taktzeiten können eingehalten werden und die Arbeit ist für die Mitarbeiter nun deutlich angenehmer“, sagt Mohre. Eine Erweiterung der Anlage ist bereits in Arbeit. So sollen zukünftig zwei weitere Prüfstände für die Qualitätssicherung errichtet werden, um mit der steigenden Produktion Schritt zu halten. „Die neuen Applikationen werden identisch, mit Ausnahme einiger neuer Features, zu den bereits bestehenden sein“, verrät Mohre. ↓
Kuka Roboter GmbH
„Die Mensch-Roboter-Kollaboration sorgt für die ergonomische Entlastung der Mitarbeiter von BMW.“ Michael Mohre, MRK-Systeme
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