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Automatisierung

Automatisiert und vernetzt Roboterteile zerspanen

| Autor/ Redakteur: Sebastian Schuster / Mag. Victoria Sonnenberg

Auf den ersten Blick wirkt die Produktionshalle 10 auf dem Kuka-Gelände in Augsburg wie eine von vielen. Auf den zweiten Blick wird der hohe und intelligente Automatisierungsgrad in der Fertigung sichtbar.

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Drei Werkzeugmaschinen des Herstellers Grob bearbeiten Roboterwerkstücke. Ein KR Fortec fährt diese über eine Lineareinheit zum Be- und Entladen an.
Drei Werkzeugmaschinen des Herstellers Grob bearbeiten Roboterwerkstücke. Ein KR Fortec fährt diese über eine Lineareinheit zum Be- und Entladen an.
(Bild: Kuka)
  • Ein Blick in die Bauteilzerspanung bei Kuka zeigt, wie eine zukunftsorientierte Fertigung aussehen kann.
  • Alle Maschinen in der Halle 10 sind an eine Cloud angebunden und verfügen über verschiedene Industrie-4.0-Funktionen.
  • Ähnlich wie bei einer Smart Watch oder einem Fitnessarmband sammeln Roboter und Maschinen Daten und funken diese in die Cloud.

Ein leichter Ölgeruch liegt in der Luft, Werkzeugmaschinen von verschiedenen Herstellern konzentrieren sich auf die Bearbeitung von Metallteilen – und emsige Mitarbeiter halten den Laden am Laufen. Solche wie Rainer Eder-Spendier, Administrator für Automatisierung und Robotik in Halle 10. „Diese Halle ist für mich eine Leidenschaft“, sagt der 51-Jährige. „Was uns auszeichnet, ist der hohe und sinnvolle Automatisierungsgrad in der Fertigung. Hier wird intelligente Automatisierung und Digitalisierung gelebt.“

Was man auf den ersten Blick nicht sieht: Alle Maschinen in der Halle sind an eine Cloud angebunden und verfügen über verschiedene Industrie-4.0-Funktionen. Mit einem Tablet in der Hand steht Eder-Spendier vor dem Schutzzaun einer Werkzeugmaschine der Firma Burkhardt + Weber und erklärt: „Wir haben zum Beispiel eine digitale Übersicht über die gesamte Halle – ähnlich wie die Karten-App auf dem Smartphone. Damit kann ich mir einen Überblick über alle Maschinen verschaffen und deren Daten abrufen.“

Roboter und Maschinen senden Daten an die Cloud

Ein kurzes Zeigefingertippen später checkt er den Zustand von zwei Bearbeitungszentren der Firma Heller, die von einem Kuka- Roboter regelmäßig be- und entladen werden. Ähnlich wie bei einer Smart Watch oder einem Fitness-Armband sammeln Roboter und Maschinen einen bunten Strauß an Daten und funken diese in die Cloud. Anschließend finden sich die Daten in unterschiedlichen Visualisierungen auf der Benutzeroberfläche des Tablets wieder. „Das ist aber noch nicht alles“, sagt der gebürtige Münchner, der seit einem guten Vierteljahrhundert bei Kuka arbeitet. „Bei Fehlermeldungen können wir zum Beispiel auf eine Art Wiki zugreifen, in dem über Jahre hinweg von unseren Servicetechnikern passende Lösungsvorschläge zusammengetragen wurden – fast eine halbe Million Einträge gibt es dort. Zudem können wir über die eingebaute Technik auch im Nachhinein jeden Prozessschritt nachvollziehen – das funktioniert ähnlich wie bei einer Blackbox im Flugzeug. Außerdem können wir uns per Software auf Unregelmäßigkeiten im Produktionsprozess hinweisen lassen – vergleichbar mit einem EKG.“

Kommunikation als Grundlage für smarte Fertigung

In der Halle 10 befinden sich insgesamt sieben Zellen, die mit elf Robotern ausgestattet sind. Die Roboter aus unterschiedlichen Baureihen stammen alle von Kuka. Die Maschinen, an denen sie arbeiten, sind handelsübliche Werkzeugmaschinen verschiedener Hersteller. Die Roboter bearbeiten unter anderem Grundgestelle, Karusselle, Arme und Schwingen – zusammengesetzt werden die Bauteile gleich nebenan in der Robotermontage. „Hier in der Halle arbeiten die Roboter an verschiedenen Bauteilen, die wir für die Produktion unserer Roboter benötigen“, fasst Eder- Spendier zusammen. Er betont: „Uns war es wichtig, die neuen technischen Möglichkeiten nicht nur ins Blaue hinein zu testen, sondern sie auch wirklich sinnvoll einzusetzen. Wichtig ist auch, dass die Maschinen Schnittstellen für den sogenannten Handshake haben.“

Der Handshake bezeichnet die Kommunikation zwischen Roboter und Werkzeugmaschine. Diese ist notwendig, um die Komponenten der Anlage miteinander zu koordinieren. In der Zelle kann der Roboter entweder als Master oder Slave fungieren. Als Master gibt er die Abläufe vor und meldet beispielsweise der Maschine, dass ein Werkstück eingelegt ist und die Tür geschlossen werden kann. Wird er als Slave eingesetzt, reagiert er auf die Vorgaben einer externen Steuerung.

Werkzeugmaschinen werden üblicherweise von Werkern manuell bestückt. Die Zeit, die die Maschinen benötigen, um das Werkstück zu bearbeiten, verbringt der Werker häufig mit Warten. Ist die Bearbeitung abgeschlossen, entnimmt er das Werkstück und legt es auf einer Palette ab, bevor er ein neues Stück in die Maschine einlegt. Dieser Ablauf ist nicht nur monoton, sondern auch wenig effizient. Wie in Halle 10 deutlich wird, lässt sich der Ablauf durch Automatisierung optimieren. „Bei uns übernehmen die Roboter das Be- und Entladen der Maschinen“, erläutert der Administrator für Automatisierung und Robotik. „Dadurch ist die Produktion mannarm und für einen bestimmten Zeitraum mannlos möglich, sogar in Wochenend- und Nachtschichten.“ Dazu verfügen die Zellen über Zuführeinheiten, zum Beispiel Drehtische oder Zuführbänder. Diese werden von den Werkern manuell mit den zu bearbeitenden Bauteilen bestückt. Der Roboter kann somit auf einen Vorrat zurückgreifen, der abhängig von der Anzahl der vorbereiteten Werkstücke und den von der Maschine auszuführenden Arbeiten für bis zu acht Stunden ausreicht.

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Die Produktivität wird zusätzlich dadurch gesteigert, dass die Roboter Nebentätigkeiten ausführen. „In einigen unserer Zellen dreht der Roboter Helicoil-Gewinde in die vorgebohrten Löcher, während die Werkzeugmaschine schon das nächste Werkstück bearbeitet“, nennt Rainer Eder-Spendier ein Beispiel. Auch das Entgraten der Werkstücke ist eine solche Aufgabe, die die Roboter in den meisten Zellen übernehmen. Wartezeiten werden so effizient genutzt und die Durchlaufzeiten der einzelnen Teile verkürzt, weil den Maschinen Bearbeitungsaufgaben abgenommen werden, zum Beispiel das Einbringen von Bohrungen und Fräsungen, die im Toleranzfeld von ± 0,2 mm liegen.
Somit können die wertvollen Bearbeitungszeiten auf den Werk- zeugmaschinen besser genutzt und mehr Teile produziert werden.

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