Montagetechnik Roboter können mehr, als bloß Maschinen bedienen

Wie kann die Effizienz von Werkzeugmaschinen gesteigert werden? Und wie können Roboter dabei helfen? Es geht sowohl um von Haus aus automatisierte Maschinen als auch um die Nachrüstung älterer Maschinen, die bereits im Einsatz sind. Die Anschaffungskosten wirken oft abschreckend auf Unternehmen, doch durch die längere Laufzeit der Maschinen amortisieren sich die Zusatzkosten in kurzer Zeit.

Anbieter zum Thema

Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Renishaw GmbH

SCIO Automation GmbH

VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.

Es ist der Nutzungsgrad, um den Uwe Speetzen sich Sorgen macht: Bei der Mehrheit der industriell eingesetzten Werkzeugmaschinen nämlich liege er klar unter 70%. Um international offensiv agieren zu können, sei dies zu wenig. „Dabei sind zwischen 6000 und 7000 der theoretisch möglichen Nutzungszeit von 8750 Stunden ohne Weiteres machbar“, sagt der für Produktionsmaschinen zuständige Geschäftsführer der Makino GmbH.

Nutzungsgrad von Maschinen mit Robotern steigern

Probates Mittel zu diesem Zweck sei die Verknüpfung von Bearbeitungszentren mit Robotern sowie der erforderlichen Peripherie. Die Hamburger bieten solche Systeme sowohl als anschlussfertige Module an, bei denen Robotik, Handling und Zerspanungstechnik von Haus aus integriert sind – sie sind aber auch klassischer Werkzeugmaschinenbauer, der gemeinsam mit Roboterherstellern ganze Linien automatisiert.

Speetzens Unternehmen repräsentiert damit die Hauptstoßrichtungen der Fertigungsautomation: Zum einen sind dies neue komplette Systeme, bei denen die Maschinen von Haus aus automatisiert angeboten werden, sowie zum anderen das Systemgeschäft.

„Hinzu kommt die Nachrüstung älterer, bereits in Betrieb befindlicher Werkzeugmaschinen, soweit deren Effizienz verbessert werden soll“, ergänzt der Geschäftsführer der Fachgemeinschaft Robotik+Automation im Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA), Frankfurt. So seien laut „World Robotics“ – einem jährlich vom IFR Statistical Department beim VDMA veröffentlichten Standardwerk – Ende 2005 in Deutschland bereits gut 8300 Roboter rund um Metall bearbeitende Werkzeugmaschinen installiert gewesen. Der mittelfristige Trend weise weiter nach oben, sagt Thilo Brodtmann: „Entscheidendes Kriterium ist hier, dass die Automatisierung vor und nach der Teilebearbeitung sich jeweils rechnet.“

Automationsgrad und fertigungstechnischer Bedarf müssten sich exakt decken. Bei Prozessen mit kleinen Losgrößen könne dies eine vergleichsweise geringe Robotisierung sein, bei wachsenden Losgrößen und stabilen Prozessen eine hybride respektive eine sehr hohe Robotisierung.

Gesamtinvestitionen steigen durch Roboter nicht wesentlich

Reis Robotics repräsentiert insoweit die zweite Seite der Werkzeugmaschinen-Automatisierung. Wie Eberhard Kroth, Geschäftsführer der Reis GmbH+Co. KG unterstreicht, wickelt das Obernburger Unternehmen seit über 25 Jahren Automationsprojekte direkt in Verbindung mit Werkzeugmaschinen ab. Dabei setzt Reis sowohl eigene Roboter ein, als auch Geräte anderer Hersteller.

Vor allem mit der Automobilbranche ist Reis im Geschäft. Durch Roboter-Automatisierung von Werkzeugmaschinen lasse sich gerade bei großen und mittleren Stückzahlen ein kontinuierlicher Produktionsprozess sicherstellen – und zwar rund um die Uhr.

In diesem Kontext räumt der Reis-Chef auch gleich mit falschen Prämissen auf: „Die Anschaffung solcher Automatisierungskomponenten erhöht die Gesamtinvestition für die Teilebearbeitung auf Werkzeugmaschinen nicht wesentlich. Die Zusatzaufwendungen sind durch die längeren Laufzeiten schnell amortisiert.“

Arbeitszeitmodelle ergänzen Automation

Thilo Brodtmann von der VDMA-Fachgemeinschaft Robotik+Auto- mation weist auf einen weiteren Aspekt hin: „Oft kommt es auf die Arbeitszeitmodelle der Unternehmen an. So macht Automation auf jeden Fall Sinn, wo das mannlose Bestücken von Fertigungsmitteln und das Palettieren der Teile vor und nach der Bearbeitung gewährleistet werden soll.“

Unstreitig ist, dass Bearbeitungsmaschinen und -zentren nur dann für Deckungsbeitrag sorgen, wenn sie laufen, wenn Späne fliegen und unproduktive Stillstand- und Nebenzeiten weitestgehend eliminiert sind. Aber – und dies beinhaltet Brodtmanns Verweis – oft reicht die Personaldecke nicht für eine zweite oder gar dritte Schicht. Automation per Roboter nebst Peripherie wäre dann die Lösung der Wahl. Entscheidend dürfte jedoch sein, wie beweglich die Automatisierer – kommen sie nun aus der Werkzeugmaschinen- oder Roboter-Branche – dabei der Auftragslage ihrer Kunden folgen können.

Lösungen für die parallele und sequenzielle Fertigung

Eine interessante Lösung für die Serienfertiger im Bereich der Tier-2- und Tier-3- sowie der Zuliefererindustrie wären beispielsweise agile Fertigungszellen, wie Makino-Mann Speetzen sie anbietet. Die mehrachsigen Bearbeitungssysteme mit 400 mm × 400 mm × 400 mm Verfahrweg tragen einen Doppelwinkel für die Aufnahme von zwei Spannvorrichtungen, aber keinen Palettenwechsler. Der Ladeprozess wird über einen integrierten Fanuc-Roboter durchgeführt, der sich außer für die Teile-Handhabung auch für das Entgraten, Reinigen und Montieren einsetzen lässt. Je nach Aufgabenstellung kann die Maschine für die parallele Fertigung oder – wenn eine bestimmte Anzahl von Spindeln gefordert ist – für die sequenzielle Fertigung eingesetzt werden.

Uwe Speetzen versteht dieses Konzept als agile Fertigungsstruktur, mit der progressives Investieren möglich ist. Der Vorteil: „Es kann sehr nahe am tatsächlichen Kapazitätsbedarf ausgerichtet werden. Eine Investitions-Verschwendung findet nicht statt.“ Es gibt keine brachliegenden Kapazitäten, weil das System mit der Auftragslage erweitert werden kann. Die Einheiten sind rekonfigurierbar, der Fertigungsmittelaufwand kann sehr gering gehalten werden. „Solche Systeme sind hochproduktiv, einfach zu beherrschen und eine effiziente Lösung für Zulieferer, die keine Teile- und Stückzahl-Garantien von ihren Kunden erhalten“, unterstreicht Speetzen. Mit Maschinen wie der J3i – so der Name der robotisierten Zelle – werden bis zu 7500 produktive Stunden im Jahr erreicht.

Dreiachsige Ladesysteme direkt an der Werkzeugmaschine

Einen ähnlichen Weg, die Ausbringung über modularen Ausbau bis an die technischen Grenzen zu treiben, geht der Schweizer Transferspezialist Mikron SA Agno. Allerdings setzt das Tessiner Unternehmen dabei nicht auf Knickarmroboter als Maschinenbediener, sondern vielmehr auf dreiachsige Ladesysteme, die es als Baustein direkt an die Bearbeitungsmaschine setzt. Mikron-Geschäftsführer Franz Wyss erläutert: „Dreiachsige Handlingeinheiten lassen sich einfacher programmieren als Knickarm-Roboter und nutzen den vorhandenen Raum bis in den letzten Winkel aus.“

Das Procedere ist effizient und schafft Autonomie über ganze Schichten hinweg. So werden die Rohteile bereits im Ladesystem und parallel zur Hauptzeit darauf geprüft, inwieweit ihre Vorbearbeitung in Ordnung war. Ausschuss wird gar nicht erst bearbeitet. Die Teilepalette kann zudem kodiert werden, so dass der Korrekturfaktor innerhalb des gesamten Fertigungsprozesses genutzt wird. Am Bearbeitungsende werden die Fertigteile automatisch zurück ins Palettiersystem geordnet. Der besondere Kick dabei: Mikrons Dreiachs-Handlingsystem kostet lediglich die Hälfte eines vergleichbaren Knickarm-Roboters. MM

Wolfgang Fili ist freier Journalist in Köln

(ID:223791)