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Materialzuführung Frei agierende Roboter im Fahrzeugbau

Autor / Redakteur: Herbert Grab / Mag. Victoria Sonnenberg

Wenn deutsche Autobauer derzeit ihre vollautomatische E-Mobil-Fertigungsstraßen einrichten, kommen IoT-basierte Materialzuführungssysteme zum Einsatz. Welche Rolle dabei fahrerlose Transportsysteme zusammen mit Schleusensystemen spielen, lesen Sie hier.

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Blick von vorn in die Sicherheitsschleuse, rechts Materialeinfahrt für FTS (rot) mit Bodenroller (hier ohne Palette), links Abtransport leere Bodenroller. Vorne Rolltore offen, hinten Rolltore geschlossen.
Blick von vorn in die Sicherheitsschleuse, rechts Materialeinfahrt für FTS (rot) mit Bodenroller (hier ohne Palette), links Abtransport leere Bodenroller. Vorne Rolltore offen, hinten Rolltore geschlossen.
(Bild: CPS)

Sicherheit hat oberste Priorität. Das gilt umso mehr für die künftigen Fertigungslinien der großen Autobauer, die fast ausschließlich mit Robotern arbeiten. Da muss ein Rädchen absolut sicher und passgenau ins andere greifen. Eine Aufgabe, auf die sich CSP in Pfronstetten spezialisiert hat. CSP zählt seit vielen Jahren zu den Ausrüstern vieler produzierender Unternehmen, allen voran aus der Automotive-Branche. Aber auch Forschungseinrichtungen gehören zu den Kunden, vor allem wenn es um individuell entwickelte Einzellösungen geht.

Die Stärken des schwäbischen Metallverarbeiters liegen im Bau von Sondermaschinen und Anlagen. Die auf sehr spezielle Anforderungen zugeschnittenen Systeme für die innerbetriebliche l Logistik gelten als robust und langlebig, da sie selbst in anspruchsvollsten Industrieumgebungen zuverlässig arbeiten.

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Vollautomatischer Materialfluss

Genau das ist gefragt, wenn es darum geht, den Materialfluss für die derzeit im Aufbau befindlichen vollautomatischen Fertigungsstraßen für Elektrofahrzeuge zu sichern. „Vor allem der Personenschutz, also die Trennung zwischen Mensch und vollautomatischer Fertigungsstraße, ist dabei immens wichtig“, betont Harald Späth, einer der Geschäftsführer von CSP. Denn in den Fertigungslinien arbeiten große Robotersysteme nach einprogrammierten Bewegungsabläufen. Dabei gehen sie mit erheblichen Kräften zu Werke. „Wenn da ein Mensch in die Quere kommt, für den kann es schnell richtig gefährlich werden.“ Späth, gelernter Maschinenbauer, ist ein typisch schwäbischer Tüftler, der nichts dem Zufall überlässt.

Das Materialzuführungssystem, das CSP für einen großen deutschen Autobauer entwickelt hat, besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten:

  • Dem fahrerlosen Transportsystem (FTS) mit Untersatzwagen. Dieses Gefährt transportiert das Material aus dem Materiallager vollautomatisch an die Fertigungslinie.
  • Dem Schleusensystem, das dafür sorgt, dass die vom FTS angelieferten Teile sicher dort landen, wo sie gebraucht werden. Wobei „sicher“ in diesem Fall vor allem heißt: Weder Menschen noch unerwünschtes Material dürfen in den Fertigungsbereich eindringen.

Als Lieferant des Systems ist CSP genau dafür verantwortlich: den Roboter an der Fertigungslinie zu bedienen. Und alles fernzuhalten, das nicht dorthin gehört.

Die Lösung, die das Team in Pfronstetten dafür entwickelt hat, ist komplex – und basiert nicht zuletzt auf der lückenlosen datentechnischen Vernetzung, Stichwort IoT. So kommunizieren die einzelnen Komponenten via WLAN ohne menschliches Zutun miteinander, wie Späth erklärt: „Da wird jeder Vorgang detailliert erfasst, mit Zeitstempel versehen, im Gesamtsystem abgespeichert und dokumentiert.“

Entsprechend akribisch sind die Prozesse definiert und ist jeder Teilprozess auf den nächsten Schritt abgestimmt. „Das System ist darauf ausgelegt, komplett ohne menschliches Zutun zu arbeiten.“ So weiß die zentrale Steuerung, wann ein FTS zu welcher Schleuse unterwegs ist, welche Teile es geladen hat und wie groß das Ladevolumen ist.

Nähert sich das FTS „seiner“ Schleuse, fährt es bis zur vordefinierten Position und meldet sich per Datentransfer an. Exakt in diesem Moment fährt das erste Rolltor automatisch hoch – und zwar genau so weit, dass das FTS mit seiner Fracht durchpasst. Damit ist sichergestellt, dass kein auf der Palette liegender Gegenstand oder Mensch in die Schleuse gerät. „Die seitlichen Abmessungen sind ohnehin immer identisch, die Schleuse ist nur so breit, dass eine Palette genau durchpasst.“

Einfahrtstor mit einem Lichtgitter

Damit auch vor und hinter der Ladung nichts und niemand durchschlüpft, hat CSP das Einfahrtstor der Schleuse mit einem Lichtgitter versehen, das hinter dem Rolltor platziert ist und zeitgleich mit dessen Öffnung scharf geschaltet wird. „Scharf heißt in diesem Fall: Die Signale, die vom Lichtgitter kommen, werden ausgewertet – und wenn etwas ungeplant eindringen will, gibt es Alarm.“

Ist das Rolltor offen und das Lichtgitter scharf, bekommt das FTS die Freigabe, in die Schleuse einzufahren – allerdings wieder nur bis zu einem vordefinierten Punkt. Denn die „Schnauze“ des fahrerlosen Transportsystems überragt den Untersatzwagen und seine Fracht in etwa zwanzig Zentimetern Höhe um eine gute Handspanne. Das FTS fährt nun genau so weit in die Schleuse ein, bis die Schnauze einen dort positionierten Lichtsensor erreicht, sich die gesamte Fracht aber noch außerhalb der Schleuse befindet. Damit dies alarmfrei funktioniert, sichert das Lichtgitter den Eingang erst ab etwa zwanzig Zentimetern Höhe, also oberhalb der Schnauze.

In dieser Position prüft das System, ob die Schnauze des FTS den Lichtsensor erreicht hat und zugleich das Lichtgitter noch ohne Signal ist, also nicht unterbrochen wurde. Ist dies der Fall, wird die Alarmfunktion des Lichtgitters nicht ausgewertet und das FTS erhält die Freigabe, weiter in die Schleuse einzufahren. Bis zum nächsten Lichtsensor. Der ist exakt so platziert, dass sich jetzt die Ladung vollständig in der Schleuse befindet, die hintere Schnauze des FTS aber noch ein Stück nach außen ragt. Während der Einfahrt bleibt das Lichtgitter zwar aktiv, das heißt, die Steuerung registriert, dass jetzt eine Palette durchfährt, aber es wird eben kein Alarm ausgelöst.

Hat die Fracht den Eingang zur Schleuse passiert, wird das Lichtgitter sofort wieder automatisch scharf geschaltet und das FTS erhält die Freigabe, wieder bis zum nächsten Lichtsensor vorzufahren. Erst jetzt ist das komplette Transportsystem mitsamt seiner Fracht in der Schleuse.

Im nächsten Schritt senkt sich das FTS ab und stellt dadurch die Palette samt Bodenroller auf den Boden. Jetzt fährt das Transportsystem selbsttätig unter der Palette hindurch rückwärts aus der Schleuse. Unmittelbar danach schließt sich das mechanische Rolltor wieder. „Das ist ein sehr fein austarierter Prozess“, stellt Späth fest. Der im Übrigen umgekehrt genauso funktioniert, wenn eine leere Palette wieder die Fertigungslinie verlässt.

Schon während des Einfahrens sorgen speziell entwickelte Auffangarme dafür, dass die Palette exakt richtig positioniert ist. „Das ist Millimeterarbeit, denn ab jetzt wird die Palette über ein Kettentransportsystem innerhalb der Anlage bewegt.“ Bis zu zwei Paletten passen in eine Schleuse, zwei weitere zwischen Schleuse und Fertigungslinie. Das zweite Schleusentor übrigens, welches das Material in Richtung Fertigung freigibt, öffnet sich erst, wenn das erste geschlossen ist.

Muting-System realisiert lückenlose Überwachung

„Unsere Prozessschritte sind extrem genau aufeinander abgestimmt. Und wir realisieren damit zum ersten Mal ein sogenanntes Muting-System, das eine lückenlose Überwachung realisiert und dabei Lichtschranken ebenso einbezieht wie Lichtgitter und Rolltor“, erklärt Späth. „Damit stellen wir sicher, dass definitiv nichts die Schleuse passiert, was dort nichts zu suchen hat. Das war dem Auftraggeber extrem wichtig.“ Selbstverständlich werden sämtliche Vorgänge datentechnisch erfasst und stehen jederzeit für Auswertungen oder weitere Prozessoptimierungen zur Verfügung.

Übrigens: Durch die datentechnische Vernetzung seiner Komponenten unterstützt CSP nicht nur die vollautomatische, sich selbst organisierende Fabrik. Die CSP-Systeme sind dadurch zum Beispiel auch für Predictive Maintenance, die vorausschauende Wartung und Instandhaltung, vorbereitet.

* Herbert Grab ist freier Fachjournalist und Autor in 72124 Pliezhausen. Weitere Informationen: CSP GmbH in 72539 Pfronstetten, Tel. (0 73 88) 9 97 09-31, csp@csp-laser.de

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