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FTS mit RoboterarmEin Arm für null Fehler

Roboter von Dematic

Die Fehlerquote beim Picking auf null zu verringern, ist im normalen Betrieb mit menschlichen Arbeitskräften nahezu unmöglich. Dematic hat nun ihr erstes Modell eines Roboters vorgestellt, der ein manuelles Picking in vielen Bereichen ersetzt.

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TransfersystemTransfer in Tennessee

Transferanlagen bringen Schwung in den Materialfluss und dienen als Bindeglied zwischen den Funktionszonen der Produktion. Maßstäbe gesetzt hat dabei der Systembaukasten von Rexroth, mit dem sich sowohl Montage- als auch Verpackungsprozesse automatisieren lassen. SCOPE-Redakteur Michael Stöcker beschreibt zwei typische Anwendungs- fälle. Er beginnt seinen Bericht mit einem Blick über den großen Teich.

Transfersystem: Transfer in Tennessee

Millionen von Golfbällen produziert Wilson Sporting Goods, Chicago (Illinois), jedes Jahr. Mit über 16 verschiedenen Balltypen und einem Komplettsortiment an Golfschlägern ist das Unternehmen führender Hersteller von Ausstattungen für Amateur- und Profigolfer. Dabei gilt: Golfbälle sind heute werkstofftechnische Hightech-Produkte, die unter modernen Produktionsbedingungen gefertigt werden. Das reicht bis hin zu ihrer schnellen und reibungslosen Verpackung, für das bei Wilson das Transfersystem TS 2 Plus von Rexroth zum Einsatz kommt.

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Wilson produziert so viele Golfbälle, dass Doug Sellers, leitender Fertigungsingenieur des Wilson-Werks Humboldt (Tennessee) nach Möglichkeiten suchte, um die Produktionskosten zu senken und einen höheren Automatisierungsgrad im Verpackungsprozess zu erreichen. Dazu wandte er sich an DeWayne McKinney, den Rexroth-Vertriebshändler in Nashville (Tennessee). McKinney schlug vor, das Transfersystem TS 2 Plus einzusetzen: „Es eignet sich hervorragend sowohl für kontinuierlich fließende als auch für schrittweise fortlaufende Montagekonzepte, ist robust und zuverlässig und ließ sich problemlos in das Design von Wilson integrieren“, berichtet er.

Als Stärken dieses funktionell breit angelegten Transfersystems gelten die Flexibilität bei den Konfigurationsvarianten, die Größe der Werkstückträger, die Geschwindigkeit sowie die Fördermittel. Aus der Vielzahl an Möglichkeiten konnte der amerikanische Systemintegrator IDF eine auf die Wilson-Anforderungen abgestimmte Anlage zusammenstellen. Brian Travis, leitender Ingenieur bei IDF, erklärt: „Wir waren in der Lage, ein Transportsystem zu spezifizieren, das leicht zu konfigurieren war und unsere Forderungen nach hoher Leistung, Flexibilität und einfacher Wartung erfüllte.” Das Rexroth-System ist modular, wird vormontiert geliefert und ist leicht zu integrieren. „Es läuft einwandfrei, und im Gegensatz zu anderen Systemen gab es keine Schwierigkeiten bei der Inbetriebnahme”, bestätigt Travis.

Die Anlage besteht aus einer etwa 4 x 1 m langen Umlaufbahn in Karree-Geometrie. Die Aluminium-Werkstückträger (160 x 400 mm) laufen von Station zu Station und wieder zurück zum Anfang, wo sie erneut starten. Jeder Werkstückträger hat eine Vorrichtung mit vier Aufnahmen, die es ermöglichen, vier Golfballsets gleichzeitig zu verpacken. Dazu werden vier Kunststoff-Röhren automatisch mit Hilfe eines Röhren-Applikators in die Aufnahmen der Vorrichtung platziert. Die Vorrichtung wird geprüft, um sicherzustellen, dass die Röhren korrekt sitzen. Fehlerhaft platzierte Röhren werden entfernt. Dann werden die Golfbälle in den Röhren abgelegt und die richtige Anzahl abgeglichen. Zur Wärmeschrumpfung der Röhren läuft das Band durch einen zweistufigen, etwa 1,2 Meter langen Heiztunnel. Eine Pick-and-Place-Station entfernt die fertigen Röhren von den Vorrichtungen und setzt sie auf ein abgehendes Band. Hier werden sie per Hand in Ablagebehälter geladen und zur nächsten Verpackungsstation transportiert.

Je nach Programmwahl kann die Anlage zwei, drei oder vier Golfbälle pro Röhre „einlochen“. Die Bälle werden kontinuierlich über vier Rohre in Pufferzonen eingespeist, wo sie sich in eine Warteschlange einreihen. Da das System bis zu zwölf Werkstückträger gleichzeitig transportiert, wird eine Quote von 144 Packeinheiten pro Minute erzielt. Für Wilson bedeutet das: Die Taktzeit für die Verpackung von zwölf Bällen (vier Einheiten à drei Bälle) wurde von 18 auf 5 Sekunden reduziert!

„Das System läuft rund um die Uhr ohne jegliche Störungen; es ist solide und zuverlässig“, berichtet Wilson-Ingenieur Sellers. Und wie steht es um den Aufwand für Pflege und Wartung? „Einer der positiven Aspekte von TS 2 Plus ist die einfache Wartung. Wir verwenden eine Einheit mit Zahnriemenantrieb und sind in der Lage, einen Fördergurt schnell und einfach auszutauschen. Das bedeutet geringe Ausfallzeiten. Ich habe schon Erfahrungen mit anderen Systemen gemacht, bei denen ein weitaus höherer Demontageaufwand erforderlich war. Rexroth hat das Transfersystem wirklich so konzipiert, dass es Zuverlässigkeit und einfache Wartung garantiert“, versichert Sellers.

Ortswechsel: Von Tennessee nach Schwäbisch Gmünd, wo ZF Lenksysteme seine Servolectric-Systeme fertigt. Die Servolectric ist eine elektromechanischen Servolenkung, die Motor und Elektronik zu einem Power Pack integriert. Mit berührungsloser, magnetoresistiver Technologie erfasst ein redundanter Drehmomentsensor die Lenkbewegungen des Fahrers und ein Steuergerät errechnet aus diesen Daten in Millisekunden die erforderliche Lenkunterstützung. Das mechanische Konzept basiert auf einer Zahnstangenlenkung; das Motormoment wird über ein zweites Ritzel auf die Zahnstange übertragen. Bei ZF Lenksysteme spricht man dabei vom Dual-Pinion-Konzept. Die elektronischen Lenksysteme erhöhen die Sicherheit im Pkw und verbessern zugleich die Wirtschaftlichkeit durch geringeren Energieverbrauch. In Schwäbisch Gmünd setzt man die Rexroth-Transferlösung in der Endmontage der Lenksysteme ein. Und warum gerade diesen Systembaukasten? „Das machen wir schon immer so“, lautet die spontane Antwort von Bernhard Feifel aus der Endmontageleitung des Unternehmens. Nun sind aber allein in Schwäbisch Gmünd weit über 2.000 Mitarbeiter mit der Neu- und -weiterentwicklung der Produkte beschäftigt. Bernhard Feifel betont daher: „In dieser Innovationskraft liegt einer der Hauptgründe für die geforderte Flexibilität, die uns das Rexroth-Transfersystem TS 2 Plus in der Endmontage gewährleistet.“ Und obwohl derzeit von durchschnittlichen Produktlebenszyklen mit rund sechs Jahren ausgegangen werden kann, rechnet Feifel stets mit Änderungen in einer Montagelinie.

Alles ändert sich

Produktmodifikationen, neue Varianten oder Änderungen der Marktvolumen sind die häufigsten Ursachen für Anpassungen oder Ergänzungen, die der modulare Aufbau des Transfersystems jederzeit gestattet. Deshalb besteht auch die gesamte End-Montagelinie für die elektronischen Lenksysteme aus Segmenten mit einzelnen, aneinander gereihten Bandstrecken. Jede der 24 vollautomatischen oder teilweise manuellen Prozessstationen hat ihr eigenes Fördersystem. Soll eine dieser Einheiten verändert, ausgetauscht oder gar eine zusätzliche Station integriert werden, so ist das einfach machbar. Und: Einzelne Einheiten lassen sich autark außerhalb der Linie betreiben, was die Stillstandszeiten durch Umrüsten gering hält.

Überdies bietet der sequenzielle Aufbau der Montagelinie den Vorzug, dass sich die Bandgeschwindigkeiten abschnittsweise den Anforderungen (Zuführ- und Entnahmezeiten) der jeweiligen Prozessstationen anpassen lassen. Bernhard Feifel nutzt dazu die diversen Fördermittel des Rexroth-Baukastens: Während im Hauptumlauf vorwiegend Staurollenketten die hohen Belastungen aufnehmen und für geringen Verschleiß sorgen, erhöhen in anderen Prozessstationen Flachplattenketten aus Stahl den Reibwert und unterstützen so die geforderte Beschleunigung der Werkstückträger. Bei Lasten von 40 bis 45 kg pro Werkstückträger inklusive Werkstück (!) ist die Kombinationsmöglichkeit der Fördermittel zur sequenziell individuellen Abstimmung des Systems ein wichtiges Argument für TS 2 Plus.

Linien flexibel konfigurieren

Abgesehen von den Fördermitteln liefert der Systembaukasten eine Reihe weiterer Pluspunkte in Gestalt von Standardprodukten, mit denen sich maßgeschneiderte Transferlinien konfigurieren lassen. Neben Förderstrecken, Antriebs- und Umlenkstationen, Kurven oder Hub-Dreh- beziehungsweise Hub-Quereinheiten kommt das gesamte Repertoire zum Einsatz. Für Bernhard Feifel heißt das: Er kann immer mit gleichen Systemen arbeiten und so auch die Wartungskosten bis hin zur Ersatzteilbevorratung reduzieren. Eine große Rolle spielt angesichts der kurzen Innovationszyklen überdies die Wiederverwendbarkeit der Komponenten (senkt die Investitionskosten!). Eine der wichtigsten Anforderungen Feifels ist es jedoch, individuelle Streckenführungen realisieren zu können. Schließlich müssen immer wieder bauliche Gegebenheiten Berücksichtigung finden. Darüber hinaus sind unterschiedliche Prozessstationen miteinander zu verbinden, die jeweils besondere Anforderungen an die Werkstückzuführung stellen. Aus diesen Gründen werden in der Servolectric-Montagelinie, die mit Spurstangen und Außengelenken weit über den Werkstückträger hinausragenden Lenksysteme mehrfach um 90 oder 180 Grad gedreht. Je nach Situation geschieht dies mit Kurven, Drehstationen oder Hub-Quereinheiten. Auch dort, wo mehrere Automatikstationen mit gleichen Arbeitsinhalten aus Taktzeitgründen parallel angeordnet sind, wird der Strom der Werkstücke kapazitätsorientiert mit Hub-Quereinheiten verteilt. Das modulare Design und das komplette Sortiment an Standardkomponenten des Transfersystems TS 2 Plus bieten hier viel Flexibilität.

Mit Blick auf Werkstückträger und die Gewichte der Werkstücke nennt Feifel weitere Gründe, die für das Rexroth-System sprechen: Seine Erfahrungen bestätigen dessen Robustheit und seine Eignung für hohe Dauerbelastungen in rauer Umgebung. Es erlaubt den Transport der Werkstücke auf kleiner Fläche. Stahlkomponenten und verstärkte Streckenprofile erhöhen die Strapazierfähigkeit und verringern den Verschleiß. Die Stabilität ermöglicht es zudem, manuelle Montagearbeiten direkt auf dem Werkstückträger am Band auszuführen. Gleichzeitig ist jene Präzision gewährleistet, die notwendig ist, um Automatikstationen einsetzen zu können. Dazu lassen sich die Werkstückträger an den Bearbeitungsstellen exakt fixieren. Nicht zuletzt zählt für Feifel die durchgängige ESD-Fähigkeit, die in dieser Anlage besonders gebraucht wird, um die Servolectric-Lenksysteme vor elektronischen Entladungen zu schützen.

Fazit: Vielseitige Lösung

Die beiden beschriebenen Anwendungsbeispiele unterstreichen, dass es sich bei dem Rexroth-Transfersystem um eine recht vielseitige und flexibel einsetzbare Materialfluss-Lösung handelt. Ob Verpackungs- oder Montagelinie, ob Kleinteile oder dicke Brummer, ob Leicht- oder Schwergewicht – in allen Fällen macht die Systemlösung eine gute Figur. Durch die zahlreichen Bauelemente und Komponenten ist eine Anpassung an spezielle Fertigungsaufgaben, Produktionslandschaften oder individuelle Layoutwünsche realisierbar.

Kritiker mögen unken, dass gerade dieser Systembaukasten ja bereits einige Jährchen auf dem Buckel hat. Die Praxis aber zeigt, dass es die Rexroth-Ingenieure verstanden haben, ihr System kontinuierlich weiter zu entwickeln. Dabei bietet der hohe Grad an Kompatibilität und die Wiederverwendbarkeit der einzelnen Bausteine zugleich auch ein hohes Maß an Planungs- und Zukunftssicherheit.

Michael Stöcker (stoecker@hoppenstedt.de)

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