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Best practiceHand in Hand

Gesteigerter Durchsatz, hohe Effizienz, einfache Bedienbarkeit und größtmöglicher Schutz für den Werker im Zusammenspiel mit dem Roboter an einem fixierten Werkstückträger - das waren die Anforderungen für die Implementierung einer Teilautomation zur Herstellung von PUR-Teilen bei der MKG Metall- und Kunststoffverarbeitungsgesellschaft mbH. Gemeinsam mit dem Kunden entwickelte die de Man GmbH aus Borgholzhausen ein durchgängiges Konzept, das dem Werker am Schnittpunkt mit dem Roboter den optimalen Schutz im Rahmen der gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen bietet und für eine Vervielfachung der Produktionsmenge im gleichen Zeitrahmen sorgt.

Best practice: Hand in Hand

Die MKG Metall- und Kunststoffverarbeitungsgesellschaft mbH in Lotte bei Osnabrück gehört zur Titgemeyer Unternehmensgruppe, einem der Marktführer im Bereich Fahrzeugbauteile und Befestigungstechnik. Im Zuge einer umfassenden Modernisierung der Produktion von PUR-Teilen für die LKW-Fertigung sollte das Befüllen der auf Werkstoffträgern aufgespannten Schäumformen von einem Industrieroboter übernommen werden, das Leeren, Säubern und Bereitstellen der Formen jedoch weiterhin manuell erledigt werden.

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Die automatischen Zaunelemente ermöglichen wechselseitig den Zugriff auf die Werkstückträger.

Automatische Zaunelemente sorgen für größtmögliche Sicherheit

Den Mittelpunkt der Applikation bildet ein KUKA KR125-Roboter. Um ihn herum sind an drei Seiten je fünf Stellplätze für die Werkstückträger angeordnet, auf denen die Schäumformen aufgespannt sind. Jede dieser Seiten bildet in der Anlage eine Sektion. An der vierten Seite steht eine Hochdruckmaschine, die das Füllgemisch bereitstellt. Aufgrund der großen Dimension der Anlage ist der Roboter mit einer zusätzlichen Armverlängerung von etwa einem Meter ausgestattet. Der Arbeitsbereich des Werkers befindet sich außerhalb des Formen-Karrees, so dass die Formenträger den Schnittpunkt zwischen Mensch und Maschine bilden. Um die Sicherheit des Werkers zu gewährleisten, wurden hier für jede Sektion zwei 5 x 2 Meter große Zaunelemente eingeplant, die sich nach oben hin öffnen und wechselseitig den Zugriff auf die Werkstückträger ermöglichen.

Die fertigen Werkstücke werden entnommen.

Befüll- und Verschließvorgang durch Datenbank gesteuert

Zum Füllen der Formen führt der Roboter einen integrierten Mischkopf, der über Schläuche an die Hochdruckmaschine angeschlossen ist, über die Einfüllstutzen der Formen und füllt sie. Dabei greift er auf eine umfangreiche Datenbank zu, die ihm die notwendigen Daten wie Anzahl und Koordinaten der Stutzen bei den zu füllenden Formen, Koordinaten der Schließer, Füllmenge und Reaktionszeit des Gemisches je Form vorgibt. Die Ablaufsteuerung wird von einer eigens entwickelten PC-Software übernommen. de Man legte sowohl eine Liste von Artikeln als auch eine Liste von Form-Typen an. Jedem der insgesamt 15 Arbeitsplätze (3x5 an jeder Seite) werden nun ein Artikel (also die zu erstellende Produktart inklusive Aushärtzeit) und ein Form-Typ zugewiesen. Die Form-Typen unterscheiden sich in Funktionsweise (z.B. ein oder zwei Deckel) und Ablauf (manuelle/automatische Bearbeitung, Belüftung, etc.). Beide Informationen werden mittels DeviceNet an die Robotersteuerung übermittelt. Der Roboter ¿weiß¿ so anhand des Form-Typs, wie der jeweilige Platz bearbeitet werden muss und anhand der Art, welches Produkt dort hergestellt wird und wie lange es aushärten muss. Dabei können in einer Form auch mehrere Teile entstehen.

Die Formen jeder Sektion werden nacheinander befüllt.

Exakte Schließ- und Aushärtzeiten für höchste Qualität

Neben der Aushärt- sind auch die verschiedenen Schließzeiten für jedes Produkt in der Datenbank hinterlegt. Die Formen dürfen nach dem Füllvorgang nicht gleich geschlossen werden, da das Material chemisch reagiert, sich dabei ausdehnt und die Luft aus den Formen entweichen muss. de Man hinterlegte für jede Form 4 verschiedene Schließzeiten, je nach gefertigtem Produkt wird eine davon von der Steuerung ausgewählt und durchgeführt. Erst nach Ablauf der Schließzeit verschließt sich der Einfüllstutzen automatisch, gleichzeitig startet ein interner Zähler, der die vorgegebene Reaktionszeit für diese Form herunter laufen lässt. Sind alle Formen gefüllt, ruht die Sektion, bis der letzte Zähler seine Laufzeit erreicht hat. Die Schutzgitter werden ebenfalls über die PC-Steuerung koordiniert. Erst wenn der letzte Timer für die Aushärtzeit abgelaufen ist öffnet sich die Sektion wieder für den Werker, indem das äußere Zaunelement nach oben gezogen wird und so den manuellen Zugriff auf die Formenträger ermöglicht. Gleichzeitig schließt sich das innere Element, außerdem werden die Formen entriegelt. Nachdem der Werker die fertigen Produkte entnommen, die Formen gesäubert und zur erneuten Befüllung vorbereitet hat, drückt er einen Knopf, woraufhin sich die Gitter wieder schließen und dem Roboter den Zugriff ermöglichen. Nach jedem Durchgang reinigt der Roboter seinen Einfüllstutzen an einer im Innenraum der Anlage integrierten Bürste, um Verunreinigungen beim neuen Befüllvorgang zu vermeiden.

Die Formen werden nach jedem Durchgang gesäubert.

Auswertung über BDE-System

Der gesamte Vorgang wird über ein Betriebsdatenerfassungssystem (BDE) erfasst und in einer Excel-Tabelle dargestellt. So können jederzeit Dauer der Produktion, Anzahl und Art der produzierten Artikel etc. ausgewertet werden. Zu diesem Zweck ist der Rechner an das Firmennetzwerk angeschlossen. Die Eingabe der jeweiligen aktuellen Produktionsdaten (pro Durchgang) erfolgt jedoch manuell am Steuerungs-PC, eine Anbindung an ein ERP-System wäre hier nicht sinnvoll gewesen, da z.B. das Teachen des Roboters sowie die Entnahme der gefertigten Teile sowieso manuell erfolgen muss. Zusätzlich wurde ein Formzähler in die Anlage integriert, an dem der Werker jederzeit ablesen kann, wie viele Durchgänge bereits absolviert und wie viele Produkte schon gefertigt wurden.

Die Formen werden vorbereitet.

Drei Sektionen gewährleisten kontinuierlichen Umlauf

Da sich in der Anlage drei Sektionen befinden, wurde ein kontinuierlicher Umlauf geschaffen, bei dem eine der Sektionen vom Werker vorbereitet und eine andere befüllt wird, die dritte Sektion ruht. Dabei wird ein Umlauf optimiert, indem je Sektion Formen zusammengefasst werden, die eine ähnliche Reaktionszeit haben. Theoretisch können zu jedem Zeitpunkt an den 15 Arbeitsplätzen bis zu 15 verschiedene Teile gefertigt werden; auch Produkte, die aufgrund ihrer Größe zwei Formen beanspruchen oder aber mehrere Teile in einer Form werden hier produziert. Die MKG Metall- und Kunststoffverarbeitungsgesellschaft mbH hat ca. 100 verschiedene aktive Schäumformen. Bei einem Produktwechsel wird der entsprechende Formenträger mittels Handhubwagen aus dem Karree herausgenommen und die Form außerhalb der Anlage gewechselt. Nach der Wiedereingliederung des Trägers werden die Koordinaten aller Einfüllstutzen und Verschlussspanner im Teach-In-Verfahren vom Werker angefahren und gespeichert. Dadurch ist man unabhängig von der Formenart, dem Stellplatz des Trägers im Karree und seiner exakten Ausrichtung.

Eine entriegelte Form mit fertigen Produkten.

Durchsatz um ein Vielfaches gesteigert

Beeindruckendes Ergebnis: Durch die Automatisierung der Anlage konnte der Durchsatz in diesem Produktionsbereich um ein Vielfaches gesteigert werden. Darüber hinaus wurden durch die exakte Einstellung von Füllmenge und Aushärt- und Schließzeit eine konstant hohe Qualität und weniger Materialverbrauch erreicht. Der Technische Leiter der MKG Metall- und Kunststoffverarbeitungsgesellschaft mbH, Reinhard Schotter, zeigt sich von der Roboteranlage begeistert: "Die von uns errechneten Rationalisierungsmaßnahmen kommen voll zur Geltung. Durch verbesserten Personaleinsatz, eine kürzere Einrichtungszeit und eine Erhöhung der Ausbringungsmenge konnte eine extrem kurze Amortisationszeit erreicht werden. Die Anlage ist äußerst einfach zu bedienen und perfekt durchdacht. Darüber hinaus ist es für uns erstmals möglich, die Leistung dieses Fertigungsbereiches zu dokumentieren und auszuwerten." de Man könnte sich zukünftig noch einen weiteren Ausbau der Anlage vorstellen: So wäre problemlos eine Anbindung der Mischmaschine an das System und somit eine vollautomatische Steuerung des Mischvorganges realisierbar; ebenfalls ließe sich das Teach-In-Verfahren durch eine Kameralösung automatisieren. Spielraum für zukünftige Aufgabenstellungen.

Eine Form wird mit dem Füllgemisch befüllt.

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