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RobotersteuerungenSchneider Electric: Barrieren auf Steuerungsebene müssen fallen

Integration von Robotersteuerungen

Mit Blick auf die Optimierung von Produktionsprozessen eröffnen Industrieroboter dem Maschinenbau in vielerlei Hinsicht interessante Perspektiven. Denn diese spielen zunehmend eine Schlüsselrolle auf dem Weg zur intelligenten Produktion. Das hat auch Automatisierungsspezialist Schneider Electric erkannt.

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Energieketten, Handling- und MontagelösungenSchnelle Biege im Portal

Der Handhabungsspezialist Fibro-GSA baut Geräte und Anlagen, die Transportlasten von mehr als 3.000 Kilogramm, Verfahr-
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Handling- und Montagelösungen: Schnelle Biege  im Portal
geschwindigkeiten bis zu 6,5 m/s und Verfahrwege bis zu 130 Metern realisieren. Die Energieketten für die Anlagen bezieht das Unternehmen zum Teil vorkonfektioniert und einbaufertig von Igus. Damit konnten die Kosten reduziert, die Termintreue optimiert und die Qualität gesteigert werden.

Seine eiserne Hand war ein Meisterwerk: Nachdem Götz von Berlichingen zu Hornberg in einer Schlacht seine rechte Hand verlor, ließ er sich, vermutlich in den mechanischen Werkstätten von Augsburg, eine künstliche Hand – angeblich nach seinen eigenen Ideen – bauen. Die Konstruktion bestand aus über 200 Einzelteilen und war eine für die damalige Zeit ungewöhnlich komplexe Mechanik. Finger und Daumen waren so beweglich ausgelegt, dass sie einen Gegenstand greifen und halten konnten. Die Stellung der Finger konnte zudem mit Hilfe von Zahnrädern fixiert werden, so dass Götz damit den Schwertgriff kräftig umfassen konnte und mit der Hand auch zahlreiche Schwertkämpfe bestritt. Als Ritter mit der eisernen Hand ging er in die Geschichte ein, und Goethe lehnte sich bei dem Stoff zum „Götz von Berlichingen“ an die historische Figur an und machte ihn durch den schwäbischen Gruß unsterblich.

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Von seiner Burg Hornberg konnte der Ritter über den Neckar hinweg direkt auf das Gelände herunterblicken, auf dem heute das Werk der Fibro-GSA steht – und er würde dort einen Spezialisten für ausgefeilte Handling-Lösungen finden. Als Systempartner in den Bereichen Handhabungs-, Transport-, Montagetechnik und Logistik bietet das Unternehmen sowohl individuelle Komplettlösungen als auch Standardmodule: Mehr als 30.000 Systeme wie Linearportale, Bandsysteme, Industrieroboter, und über 70.000 Module wie Greifer, Linear- und Rotationseinheiten wurden in den letzten 30 Jahren weltweit installiert. Transportlasten von mehr als 3.000 Kilogramm, Verfahrgeschwindigkeiten bis zu 6,5 m/s sowie Verfahrwege von bis zu 130 Metern sind realisierbar. „Wir liefern Komponenten von Greifersystemen, Dreheinrichtungen bis hin zu kompletten Turn-Key-Projekten“, erläutert Peter Heierling, Technischer Leiter der Fibro-GSA. „Die Lösungen setzen sich dabei bis zu siebzig Prozent aus Standardkomponenten zusammen, um die wir dann Sonderlösungen, Geräte oder Roboterzellen platzieren.“

Entwicklung, Konstruktion und Montage erfolgen dabei in Hassmersheim am Fuß der Burg Hornberg, die Fertigung der Kern-Komponenten übernimmt die Muttergesellschaft Fibro. Nicht zur Kernkompetenz zählende Zulieferteile werden zugekauft - wie etwa Energieketten. Konstruktionsleiter Willi Schwager: „Die beziehen wir bereits seit vielen Jahren von Igus. Mit den Kabeln und Steckern wird das Ganze dann im manuellem Betrieb zu einer kompletten Energiekette montiert.“ Etwa 30 bis 40 Einzelteile werden dabei verbaut, die Montagezeit liegt bei rund 30 Stunden. Um die Energieketten nicht bei jedem Auftrag wieder neu definieren zu müssen, wurden unternehmensintern bestimmte Standards festgelegt, beispielsweise Kabeldurchmesser. Sie hängen von den Antrieben ab, die wiederum auf Basis der Werkstückgewichte ausgelegt werden, „Mit etwa zwölf verschiedenen Energiekettentypen von Igus decken wir unseren gesamten Bedarf ab“, erklärt der Konstruktionsleiter. „Da wir immer dieselben Typen einsetzen, können wir auch kürzere Lieferzeiten von Igus realisieren.“

Um weitere Optimierungspotenziale in diesem Bereich auszuschöpfen, verbaut Fibro-GSA seit letztem Jahr bei großen Portallösungen, in denen mehrere Energieketten eingesetzt werden, vorkonfektionierte, fertig bestückte Energieketten-Lösungen, so genannte ReadyChain.

„Igus hat uns diese Lösung immer wieder vorgeschlagen“, erinnert sich Einkaufsleiter Uwe Moser. „Wir haben aber keine größeren Serien wie etwa ein Werkzeugmaschinenhersteller, der 100 Stück gleichen Typs baut, sondern machen auch Anlagenbau mit Stückzahl 1. Das war für uns der Grund, warum wir uns dieses Angebot zweimal überlegt haben.“

Doch je mehr man sich mit dem Thema auseinandersetzte, desto stärker kamen die Verantwortlichen zu der Überzeugung, dass sich die Idee rechnen könnte. „Generell geht der Trend in der Entwicklung immer stärker weg vom Einzelteil- hin zum Baugruppenbezug“, so die Erfahrung des Einkaufsleiters. Und der Technische Leiter ergänzt: „Bei kleineren Anlagen mit nur ein, zwei Ketten sind die Organisationsprozesse unserer Einschätzung nach aufwändiger als die Selbstbestückung. Bei einer Großanlage mit 15 Linearportalen und mindestens 40 Energieketten lohnt sich die ReadyChain auf jeden Fall.“ So wie beispielsweise in einer Fertigungslinie, die bei Scania für die Fertigung von LKW-Motoren eingesetzt wird. „Die Portallösung muss die Motoren mit einem Gewicht von 450 Kilogramm zum gewünschten Zeitpunkt an den richtigen Ort bringen“, beschreibt Peter Heierling die Anforderungen. Und weiter: „Der Motor muss nach einem Verfahrweg von fast 50 Metern auf zwei Zehntel genau positioniert werden.“ Da die Bearbeitungszeiten des Motors relativ lang sind, sind die Zykluszeiten keine Herausforderung.

„Bei anderen Projekten, zum Beispiel im Bereich PKW-Kurbelwellen, haben wir eine Taktzeit von 22 Sekunden und fahren vier Zyklen pro Minute“, so der Technische Leiter. „Das mit einer Wiederholgenauigkeit von plus/minus 0,15 mm zu kombinieren, können nicht viele Anbieter am Markt.“

45 Energieketten-Systeme versorgen die Motoren dieser Anlage mit Strom und den Steuersignalen. „Die Energiekette wird innerhalb von einer Minute zweimal ganz ein- und ausgefahren. Wir realisieren dabei Verfahrwege von bis zu 50 Metern mit Beschleunigungen von 4 m/s2“, schildert Konstruktionsleiter Schwager. „Das ist für uns eine übliche Größe, ebenso wie die Verfahrgeschwindigkeit von 3m/sek oder die Biegeradien von 300 Millimeter.“

Fünf Stunden pro Energiekette eingespart

Bei der Auswahl des Herstellers der Fertig-Kette war es für Fibro-GSA wichtig, mit einem Partner zusammenzuarbeiten, mit dem bereits gute Erfahrungen vorlagen. Willi Schwager: „Wir haben uns natürlich Angebote eingeholt und verglichen. Aber die Entscheidung fiel aus Kosten- und Qualitätsgründen eindeutig für Igus. Und hier haben wir bereits die Erfahrung, dass der Partner pünktlich, kostengünstig und mit der geforderten Qualität liefert.“

Michael Blaß, Prokurist und Vertriebsleiter bei Igus, ergänzt, dass es ja auch entsprechende Angebote von Konfektionierungs-Dienstleistern gebe: „Die kaufen dort die Leitung, da den Stecker, hier die Kette. Wir haben aber in den letzten 20 Jahren sehr viel Zeit und Geld in Entwicklung, Tests und Qualitätssicherung gesteckt. Das schlägt sich eben auch in Standzeiten und Qualität nieder und führt zu einer ständigen Weiterentwicklung. Viele unserer neuen Produkte sind entstanden, weil wir Anregungen unserer Kunden haben einfließen lassen.“ Igus führt pro Jahr mehrere hundert Energieketten- und Leitungstests durch. Allein im Bereich Leitungen haben die Kölner über 850 Typen speziell für Energieführungssysteme – ihre Kernkompetenz – entwickelt.

So wurde eine Idee zur Reduzierung der Ketten-Lautstärke vor einigen Jahren von Fibro-GSA angestoßen. Das Problem hatte sich durch höhere Verfahrgeschwindigkeiten und verschärfte Arbeitsschutzbedingungen herausgebildet. „Unsere Kunden dürfen die Anlagen heute mit maximal 72 Dezibel betreiben“, erklärt Konstruktionsleiter Schwager. „Die Energieketten kamen häufig nah an diese Grenze.“ Nach Versuchen mit Moosgummiunterlagen und anderen Hilfsmitteln entwickelte Igus Gumminoppen am Außenradius der Energieketten, die die Ablaufgeräusche in der Führungswanne erfolgreich dämpfen. Die konstruktionsseitige Zusammenarbeit funktioniert bei den ReadyChains ebenfalls geräuschlos. In der Konstruktionsabteilung werden die Parameterdateien erstellt, die die Längen der Bestückung, die Steckvorrichtungen und die Masse der Energieketten beschreiben, und als Excel-Tabellen via E-Mail an Igus versandt. Das vorkonfektionierte, auf einem Radius aufgetrommelte Energieketten-Gebinde wird zeitnah vor der Montage angeliefert und direkt in die Schlepp- rinne verbaut. Jede ReadyChain wird bei Igus zu 100 Prozent auf Herz und Nieren überprüft, so zum Beispiel mit Tests auf einem Hochspannungsprüfplatz. Eine funktionelle Prüfung findet im weiteren Verlauf nach dem Einbau statt, indem die Kabel bestromt und die gesamte Anlage getestet wird. „Keine Anlage verlässt unser Haus“, so der Technische Leiter Heierling, „bei der die Energiekette nicht im Zusammenspiel mit der Gesamtanlage geprüft und getestet wurde.“

Durch den Einsatz der ReadyChain konnte der Arbeitsanteil bei Fibro-GSA erheblich reduziert werden. Konstruktionsleiter Schwager: „Wir haben im Schnitt pro Kette eine Einsparung von etwa fünf Arbeitsstunden. Dadurch konnten wir Montagepersonal in anderen Bereichen einsetzen. Zudem wurde die Qualität der Energieketten verbessert. Wenn man mit knappem, nicht spezialisiertem Personal innerhalb kurzer Zeit 30 Energieketten bestücken muss, kann es doch zum einen oder anderen Fehler kommen.“

Und Einkaufsleiter Uwe Moser erinnert: „Dazu kam, dass dann auch mal ein Kabel oder Stecker gefehlt hat. Das war ein nicht zu verachtender Zusatzaufwand, der mit der ReadyChain entfällt. Da rechnet sie sich wirklich für uns.“

Bei der Scania-Anlage sind von den 45 Energieketten die 30 für die Z-Achsen fast identisch bestückt, Unterschiede liegen in der Länge. Auch in der X-Achse sind die Längen verschieden, aber die Bestückung identisch. „Das heißt, mit einem einmaligen Aufwand decken wir 45 Energieketten ab“, rechnet der Technische Leiter Heierling. „Bei 45 Einzelladern haben wir den Aufwand aber 45 mal. Da kann es sein, dass uns der administrative Aufwand noch zu hoch ist. Aber wir sind hier gemeinsam mit Igus weiter auf der Suche nach Optimierungen und werden auch das Thema Standardisierung weiter vorantreiben.“

Igus-Vertriebsleiter Michael Blaß erläutert: „Wir haben auch Kunden, etwa aus dem Werkzeugmaschinenbereich, die die ReadyChain bis herunter zur Stückzahl 1 einsetzen. In dem Fall nehmen wir vor Ort die Daten auf und übernehmen die Energieketten-Projektierung für den Kunden.“ Im Falle von Fibro-GSA erfolgten Beratung und Projektierung vor Ort durch Axel Schoch, technischer Verkaufsberater im Igus-Büro Heidelberg.

Zusammengefasst sprechen für die Lösung der vorkonfektionierten Energiekette aus Sicht von Peter Heierling vor allem drei Kernpunkte: „Das sind Kosten, Termintreue und Qualität. Hier haben wir durch die Umstellung die Vorteile gesehen, und das hat sich auch bewahrheitet: Die Qualität konnten wir erhöhen; wir erhalten die Energieketten termingerecht zur Montage und erzielen Kosteneinsparungen bei Personal, Zeit- und Organisationsaufwand.“

Da der Handhabungsspezialist oft sehr enge Termine realisieren muss – Heierling: „Das kann auf drei Wochen hinauslaufen“ – bemüht sich die Konstruktion, bei Großprojekten frühzeitig Vorabinformationen an Igus zu senden. Steht die Entwicklung der Anlage, gehen die Detaildaten nach Köln, wo Igus bereits das Material bereitgestellt hat. „Das machen wir bereits so, können diesen Prozess aber sicher noch weiter ausbauen“, sieht Heierling noch Optimierungspotenzial. Doch die Termine hängen ja nicht nur von den internen Prozessen ab, sondern es folgen noch beim Kunden die Komplettinstallation der Anlage und die Inbetriebnahme. Peter Heierling: „Probleme gibt es vor allem, wenn der Kunde den Auftrag kurzfristig ändert – etwa den Verfahrweg um vier Meter verlängert haben will. Das kommt schon vor. Aber durch die kurze Lieferzeit der ReadyChain haben wir den Vorteil, dass die Verfahrwege auch unsererseits relativ spät festgelegt werden müssen und wir dadurch lange noch etwas ändern können.“

Eine andere Entwicklung, die in den letzten Jahren stattgefunden hat, fördert den Einsatz der ReadyChain-Lösung ebenfalls, wie Konstruktionsleiter Schwager erläutert: „Früher hat man die Kabel direkt im Schaltschrank verdrahtet. Heute gibt es eine Zwischensteckung. Das erlaubt eine weit einfachere Abwicklung, denn die Kabelführung zum Schaltschrank kann damit wesentlich später realisiert werden, manchmal erst auf der Baustelle.“

Dadurch erfahren die ReadyChain-Lösungen auch bei den Kunden eine zunehmende Akzeptanz. „Stillstandszeiten sind natürlich ein großes Thema“, so die Erfahrung des Technischen Leiters Peter Heierling. „Wenn wir eine komplette ReadyChain wechseln, geht das wesentlich schneller als ein einzelnes Kabel auszumessen, nachzuziehen und zu prüfen. Das kommt immer stärker zum Tragen, denn die Zeit für die vorbeugende Instandhaltung wird ständig begrenzter.“

Hier haben sich die Ansprüche seit Götz von Berlichingen erheblich geändert: Während die Fertigung seiner eisernen Hand wahrscheinlich mehr als zwei Jahre in Anspruch nahm, liefert Igus eine ReadyChain-Lösung innerhalb von wenigen Tagen.

Hajo Stotz

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