Roboter ohne Sicherheitszaun

Smarte Fertigung durch Leichtbaurobotik

Eine flexible Produktion benötigt nicht nur eine perfekte Theorie. In der Praxis müssen eine optimierte Verknüpfung von roboterbasierten Systemen mit unterschiedlichen Maschinen, sowie eine sichere Kollaboration mit dem Menschen den Unternehmen einen Mehrwert bieten. Die Antwort lautet: Automatisierung im Sinne von Industrie 4.0.

Am SKZ bedient ein an einer Linearachse laufender Leichtbauroboter das Spritzgießwerkzeug mit Einlegeteilen und er übernimmt mehrere Messaufgaben. (Bilder: Universal Robots)

Leichtbauroboter sind Teil dieser Entwicklung, die sich in den deutschen Industriehallen vollzieht, da sie kleinen, mittelständischen und großen Unternehmen über alle Branchen hinweg einen wichtigen Schritt in Richtung Zukunft ermöglichen kann. Auch die Kunststoffindustrie setzt Leichtbauroboter in vielen Bereichen ein, beispielsweise an der Spritzgießmaschine, in der Extrusion und für Fügearbeiten. Flexibler Roboterarme, die direkt neben dem Menschen arbeiten, können innerhalb der Fertigung auch sensible Anwendungen völlig autonom übernehmen. Gleichzeitig haben sie sich in der engen Zusammenarbeit mit dem Menschen durch ihre Flexibilität, Sicherheit und Präzision als erfolgreicher Produktionsassistent bewiesen.

Roboter für Spritzguss und Qualitätsprüfung

Ein erfolgreiches Beispiel dafür liefert das Kunststoffzentrum SKZ in Würzburg: Hier ist ein Roboter des Typs UR5 von Universal Robots nicht nur im Bereich Spritzguss, sondern auch in der Qualitätsprüfung im Einsatz. Für die Mitarbeiter ist er ein zusätzlicher Produktionsassistent, der sicher und kollaborierend neben ihnen arbeitet. Christian Deubel, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Spritzgießen und Additive Fertigung am SKZ, findet genau das entscheidend: „Wir benötigen für den Robotereinsatz weder eine Einhausung noch einen Sicherheitsabstand. Dadurch wird viel Platz eingespart und der Roboter greift unseren Mitarbeitern bei Spritzgießarbeiten fast wortwörtlich unter die Arme.“ Der Roboter im SKZ ist an eine Linearachse angebracht und kann so das Material über mehr als zwei Meter transportieren. Der Roboter greift Teile aus einem Behälter und legt sie mit seinem additiv gefertigten Greifsystem in ein Spritzgießwerkzeug. Anschließend werden sie umspritzt. Damit erhöht der Leichtbauroboter laut Deubel die Flexibilität, stellt konstante Zykluszeiten sicher, minimiert die Systemkosten und steigert auch die Produktionsgeschwindigkeit. Ferner sortiert der Roboter als Teil der Qualitätsprüfung fehlerhafte Produkte aus, ohne den Produktionsprozess zu unterbrechen. Die Kommunikation mit Inline-geräten, wie der Inline-Thermografie, Farb- oder Gewichtsmessung am Greifer bei der Bauteilentnahme, liefert die Parameter, die der Roboter für die Aussortierung benötigt.

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Perfekt geklebt und geschweißt

Die Franke Küchentechnik ist ein Schweizer Unternehmen, das nach eigenen Angaben mehr als 10.000 Küchenspülen pro Jahr produziert. Um die Produktionskosten dauerhaft zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern, entschied sich das Unternehmen 2011 ebenfalls für den Einsatz eines Leichtbauroboters des Typs UR5. Dieser Roboterarm lässt sich mit einer Traglast bis fünf Kilogramm und einer intuitiven Programmierung flexibel an sich stetig verändernde Produktionsbedingungen anpassen und ist geeignet für die Automatisierung repetitiver Aufgaben. Seit der Integration des Roboters in die Produktionslandschaft der Franke Küchentechnik übernimmt er in Zusammenarbeit mit einem Franke Mitarbeiter Klebe- und Schweißarbeiten für Spülbecken: Der Roboter klebt Befestigungslaschen an ein fertiges Becken und der Mitarbeiter bestückt die Anlage mit den Bauteilen. Als besonders nützlich herausgestellt hat sich die große Wendigkeit des Roboterarms: Alle sechs Achsen können in einem Radius von 0,85 Meter jeweils um 360 Grad gedreht werden. Die Integration des Roboters sei ohne viel Programmieraufwand absolviert worden, seitdem laufe die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter störungsfrei.

Automatisiert lackieren in hoher Qualität

Automatisierung wird auch bei BJ-Gear, dem dänischen Getriebehersteller, großgeschrieben. Das Angebot des 1964 gegründeten Unternehmens umfasst neben Standardgetrieben vor allem Spezialgetriebe nach individuellen Kundenanforderungen. Allgegenwärtiger Kostendruck und steigende Kundenanforderungen veranlassten BJ-Gear vor über fünf Jahren dazu, ihre Produktionsprozesse nach dem Prinzip der „Lean Production“ zu optimieren – mit dem Einsatz von Leichtbaurobotik. Aufgrund des geringen Anschaffungspreises der Roboterarme integrierte das Unternehmen insgesamt drei UR5-Roboter und einen Roboter des Typs UR10, unter anderem für das gleichmäßige Lackieren der Getriebe. „Die Automatisierung der Lackierarbeiten hat zu einer einheitlicheren, hohen Qualität geführt, da der Roboter alle Werkstücke gleich gründlich und präzise lackiert. Ein UR-Roboter ist einfach zu installieren und zu programmieren und hat den großen Vorteil, dass er, nach Risikoanalyse ohne Schutzzaun betrieben werden darf. Das bedeutet für uns, dass wir weiterhin den Platz haben, spezielle Getriebe in derselben Lackierkabine manuell zu lackieren“, erläutert Plant Manager Bjørn Sommer.

Kleiner Roboter für leichte Montagen

Besonders profitabel für Unternehmen, die in ihren Produktionsstätten mit den speziellen Herausforderungen von kleinteiliger Fertigung konfrontiert sind, soll der noch kleinere Leichtbauroboter UR3 eine Lösung sein. Dieser kollaborierende Roboterarm ist mit nur elf Kilogramm der leichteste der UR-Roboterfamilie. Dank drei Kilogramm Traglast von drei Kilogramm, einer 360 Grad-Rotation an allen Drehgelenken sowie einer endlosen Rotation an der Werkzeugschnittstelle ist er besonders geeignet für leichte Montageaufgaben, Präzisionsarbeit und automatisierte Werkbankszenarien. Er ermögliche auch in räumlich eingeschränkten Produktionsstätten Leichtbaurobotik nun auch dort einzusetzen, wo sie vorher kaum denkbar undenkbar war. Damit profitieren verstärkt Unternehmen aus der Elektronikindustrie und Kleinteilproduktion von den Optimierungsmöglichkeiten durch den Roboterarm. Darüber hinaus amortisiere sich das Gerät aufgrund seiner geringen Anschaffungs- und Betriebskosten besonders schnell.

Der Beitrag basiert auf einem Manuskript von Dieter Pletscher, Universal Robots.

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