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Die viel zitierte Variantenvielfalt gibt es auch bei Schaltschränken: Über 70 verschiedene Schaltschränke umfasst das Portfolio des Herstellers für Energie-Verteilersysteme ABB Striebel & John mit Sitz in Sasbach. Die kleinste Variante misst 50 x 30 Zentimeter, die größte 140 x 130 Zentimeter. Bis zu 80 Kilogramm bringt ein Schaltschrank auf die Waage. Manuelles Handling wird hier zur körperlichen Schwerstarbeit.
Nicht nur wegen der hohen Varianz und ihrer sperrigen Form sind die Schaltschränke knifflig in der Verpackung. Ihre Pulverbeschichtung ist anfällig für Kratzer und erfordert Fingerspitzengefühl beim Handling. Daher gilt es, die Schaltschränke mit möglichst wenigen „Handgriffen“ in die Kartonage zu bekommen. Erschwerend kommt hinzu, dass die Abmessungen der Schaltschränke oft von den Standardgrößen der Kartonagen abweichen.
Knifflige Automatisierungsaufgabe
Trotz dieser Komplexität wollte ABB Striebel & John die Verpackung und Palettierung des gesamten Schaltschrankportfolios durchgängig automatisieren – und das auf begrenztem Raum. Gefragt war ein vollautomatischer Wechsel zwischen den verschiedenen Varianten. Transnova Ruf, Experte für kundenspezifische Verpackungs- und Palettieranlagen, nahm die Herausforderung an.
Mit ABB, der Mutter von Striebel & John, verbindet Transnova Ruf eine lange gemeinsame Geschichte: ABB-Roboter bilden das Herzstück zahlreicher Anlagen von Transnova Ruf. Je nach Komplexität durchläuft eine Anlage dabei mehrere Konzeptphasen, erst mit 2D-Skizzen, dann anhand einer 3D-Konstruktion. Durch die 3D-Simulation in der Software ABB Robotstudio bekommen die Kunden von Transnova Ruf in den Design Reviews einen plastischen Eindruck von der künftigen Anlage. Sie können so lange vor der Inbetriebnahme Anpassungen veranlassen.
Roboter programmieren sich selbst
Seit Anfang 2023 sorgen nun sechs ABB-Roboter des Typs IRB 6700 und zwei des Typs IRB 1200 für eine reibungslose, vollautomatische Verpackung, Palettierung und Etikettierung der Schaltschränke. Highlight der Anlage ist die parameterbasierte Software. Früher musste die Bahn des Roboters für jeden einzelnen Artikel manuell programmiert werden. Heute errechnet die Anlage bei Striebel & John anhand von Formeln schnell und ohne manuellen Aufwand die optimale Laufbahn für jeden Roboter.
Mit der Zuführung eines Schaltschranks übergibt die Anlagensteuerung eine Artikelnummer an die ABB-Roboter. Diese liefert den Robotern alle benötigten Informationen für die Parametrierung. Der Anlagenbediener muss lediglich die Maße des Packstücks – Länge, Breite, Höhe – sowie die Formationsstruktur eingeben und der Roboter berechnet auf dieser Basis das Packschema. Das spart Zeit und Programmieraufwand.
Vollautomatisch bis zur Palette
Da die Anlage gedoppelt ist, lässt sich in der gleichen Zeit die doppelte Stückzahl realisieren – oder es können synchron zwei verschiedene Arten von Schaltschränken verarbeitet werden. An zwei Palettenplätzen werden die Paletten mit Kartonage-Stapeln eingeschleust. Einer der beiden IRB 6700 saugt den obersten Kartonzuschnitt an und legt diesen in einer Zentriereinheit ab. Der Zuschnitt gleitet auf zwei Anschlagkanten und zentriert sich rein durch die Schwerkraft, ohne Aktorik. Den zentrierten Zuschnitt nimmt der Roboter wieder auf und legt ihn nach dem Applizieren mit Heißleim positionsgenau in der Faltstation ab.
Gleichzeitig fahren die Schaltschränke über einen Gurtförderer zum Aufnahmepunkt und werden zentriert. Der zweite IRB 6700 holt den Schaltschrank vom Förderer ab und legt ihn auf den vorbereiteten Kartonzuschnitt. Dann wird der Karton um den Schaltschrank gefaltet und verpresst. Fertig ist der „Boden“ der Verpackung. Der erste Roboter holt indes einen zweiten Kartonzuschnitt ab. Dieser wird zentriert, geleimt und um 180 Grad gedreht als „Deckel“ der Verpackung um den Schaltschrank gefaltet.
Schaltschrank-Tetris auf der Palette
Der vorverpackte Schaltschrank wird zum Umreifen in die Umbänderungsanlage transportiert. Ein kleiner IRB 1200 versieht jeden Schaltschrank-Karton an der Etikettierstation mit jeweils zwei Etiketten. Aus den Abmessungen des Schaltschranks weiß der Roboter, wo genau er die Etiketten platzieren muss. Der Palettierroboter platziert den verpackten Schaltschrank auf die Palette.
Wie beim Schaltschrank-Tetris sind hier je nach Abmessungen unterschiedliche Kombinationen möglich: längs, quer, gegeneinandergestellt, mit Rückwand nach innen, Rückwand nach außen – damit sie je nach Schwerpunkt des „Pakets“ stabil stehen. Das transportfähige Gebilde verlässt die Etikettieranlage auf einem Querverteilwagen. Die volle Palette wird in Richtung Ausgang weiter transportiert und als Ganzes auf der Palette umreift und zuletzt etikettiert.
Flexibilität und Qualität
„Ab der Montage muss kein menschlicher Mitarbeiter mehr den Schaltschrank anfassen – bis es in die Kommission geht“, fasst Markus Weber, Abteilungsleiter Industrial Engineering bei ABB Striebel & John, den Automatisierungsgrad der Anlage zusammen. Damit entfallen für die Mitarbeitenden viele ergonomisch ungünstige Arbeitsschritte wie Palettieren, Palette sichern oder auf den Aufzug aufgeben. Des Weiteren rüstet sich die Linie selbst vollautomatisch um. Lediglich den Zuführschacht wählt der Bediener manuell aus – aus Sicherheitsgründen lässt sich dieser Vorgang nicht automatisieren.
Ein zentraler Vorteil neben der vollständigen Automatisierung ist die höhere Flexibilität bei reduzierter Komplexität. Früher verwendete Striebel & John für die Verpackung der Schaltschränke 53 Kartongrößen und zwei verschiedene Typen Styroporecken. Mit der automatisierten Anlage ist die Vielfalt auf 35 verschiedene Kartongrößen gesunken; die Styroporelemente entfallen ganz.
Möglich macht dies das „Fingerspitzengefühl“ der Anlage: Die Deckel und Böden haben die gleiche Größe; der Boden kann in den Schaltschrank hineingefaltet werden. Die Styroporecken waren nicht nur aus Nachhaltigkeitssicht nicht ideal, sondern erzeugten ungünstige Abmessungen. Die Kartons standen auf der Europalette etwas über, infolgedessen konnten die Schränke beim Verladen häufig beschädigt werden. „Außerdem ist die Halle jetzt sauberer, wenn keine Styroporkrümel umherfliegen“, schmunzelt Weber.
„Bis zu 50 verschiedene Schaltschranktypen lassen sich mit der neuen Verpackungs- und Palettieranlage vollautomatisch handeln. Sie ermöglicht uns die Steigerung der Produktivität um 25 Prozent und bietet eine hohe Flexibilität und konsistente Qualität. Das Thema Automatisierung wird sicherlich auch in Zukunft eine Rolle in unserer Produktion spielen‘‘, schließt Markus Weber.
ABB AG Division Robotics
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