Wenn Maschinenbauer Produktionszyklen komplett neu denken

Preisfrage: Wie vereint man 15 Arbeitsschritte unterschiedlicher Dauer von der Entnahme aus einer Palette bis hin zum Sortieren der Produkte in einer einzigen Prüfmaschine? Mit dieser Frage sah sich der Regensburger Entwickler von Automatisierungssystemen Gefasoft konfrontiert, als er den Auftrag erhielt, eine optische Prüfmaschine für Diffusoren für Airbags zu konzipieren. Diffusoren bestimmen im Falle eines Unfalls die Richtung des Luftstroms in den Airbag und müssen deshalb absolut zuverlässig auf eventuelle Fehlerstellen geprüft werden.

Die Herausforderung: Der Kunde hatte als Ziel vorgegeben, trotz der vielen Arbeitsschritte eine durchschnittliche Taktzeit von unter zwei Sekunden zu erreichen. „Gerade diese schnelle Taktung war eine besondere Herausforderung“, berichtet Georg Schlaffer, Leiter Marketing bei Gefasoft. Denn die optische Prüfung der Diffusoren, welche mithilfe mehrerer digitaler Kameras an den einzelnen Stationen durchgeführt wird, dauert unterschiedlich lange. Beispielsweise wird an einer Station die Innenseite des Diffusors vor der digitalen Zeilenkamera abgedreht, um auch die kleinsten Fehlerstellen zu erkennen. Dieser komplexe Vorgang allein dauert bereits knapp drei Sekunden, wohingegen andere Prüfstationen nur einen Bruchteil dieser Zeit brauchen. „Ein konventionelles System wäre mit solch unterschiedlichen Prüfzeiten überfordert. Auch wäre es nicht ohne große Umstände möglich, neue Prüfstationen hinzuzufügen oder das System auf andere Diffusorengrößen anpassen zu können, wie es vom Kunden gefordert wurde“ erklärt er. Wegen dieser Anforderungen kam das Verwenden eines normalen Rundschalttisches nicht infrage. Denn bei diesem würde der langsamste Prozess die Geschwindigkeit der gesamten Durchtaktzeit bestimmen. Auch die gewünschte Flexibilität in puncto zusätzlicher Arbeitsvorgänge oder der Möglichkeit, die Maschine an sich unter Umständen ändernde Größen der Diffusoren ohne große Umstände anpassen zu können, hätte so nicht erfüllt werden können. Eine weitere Herausforderung war das relativ hohe Gewicht der Laufwagen von circa vier Kilogramm. Denn um die Diffusoren vor den Kameras drehen und zur allseitigen Prüfung in die Ober- und Unterlage befördern zu können, musste die Bauteilaufnahme mit Hub- und Dreheinheiten ausgestattet werden. Die Lösung bot wieder einmal die seit einigen Jahren erfolgreiche Kooperation des britischen Spezialisten für Linearführungssysteme HepcoMotion und des deutschen Automatisierungsspezialisten Beckhoff.

Das Linearantriebssystem XTS der Ostwestfalen besteht aus beliebig kombinierbaren Motormodulen mit integrierter Leistungselektronik und Wegerfassung sowie den als Servoachsen ansteuerbaren Trägerwagen (sogenannten Movern). Die Bewegung eines jeden Movers ist individuell steuerbar, wodurch für Anwender ein fliegender Produktwechsel möglich wird und gerade im Umgang mit unterschiedlichen Zeitsequenzen in einer Produktionszelle viele neue Möglichkeiten eröffnet werden. „Wir haben uns natürlich auch andere Antriebe angeschaut, aber die meisten boten nicht die hohe Flexibilität von XTS, die wir benötigten. Beckhoff hat uns dann an HepcoMotion verwiesen“, berichtet Christian Schärtl, Leiter der Projektentwicklung bei Gefasoft. Denn das britische Unternehmen ist spezialisiert auf Linearführungssysteme und bot mit seinem fortschrittlichen 1-Trak-Linearführungssystem, welches in fast jeder erdenklichen zweidimensionalen Form konstruiert werden kann, für diesen Fall der besonders schweren Laufwagen die ideale Ergänzung zu dem Extended Transport System. „Das 1-Trak-System ist perfekt auf XTS abgestimmt. Zudem sorgen die klothoiden XTS-Kurvenelemente von Beckhoff für perfekte Übergänge und garantieren eine gleichbleibend schnelle und präzise Bewegung“, erklärt Alexander Mend, Vertriebsleiter für HepcoMotion in den DACH-Ländern. Auch der Umgang mit dem relativ großen Gewicht, welches auf die Mover aufgetragen wird, ist dank des Linearführungssystems kein Problem. „Außerdem wird durch unsere speziell entwickelten 3-Lager-Mover auch in der Kurve minimaler Spielraum erreicht, was zudem eine exakte Positionierung vor den Kameras garantiert“, so der gelernte Ingenieur. Für Gefasoft war jedoch entscheidend, dass es die Kombination beider Systeme erlaubte, die langsamste Arbeitsstation doppelt einzubauen und durch diese Parallelisierung des Arbeitsschrittes die angestrebte mittlere Taktzeit von 1.9 Sekunde pro Bauteil zu erreichen.

Ein zusätzlich wichtiger Punkt war die Langlebigkeit des Systems und eine relativ unproblematische Wartung, um Ausfallzeiten des im Drei-Schicht-Betrieb genutzten Systems zu garantieren. „Wir haben mit dem Kunden eine Wartung im Drei-Monats-Zyklus vereinbart, um das durch das Gewicht entstandene Spiel in den V-Lagern auszugleichen“, erklärt Schärtl. Normalerweise kann die Nachjustierung bei Hepcos V-Lagern direkt am Wagen erfolgen. Aufgrund der Verbauung mit dem XTS-System haben wir ein separates 300-Millimeter-Schienenstück als Wartungsstück verbaut, so ist die Nachjustierung einfach und der Zeitaufwand reduziert“, betont er. Am Ende hatte das neue automatisch-optische Prüfsystem eine gesamte Transportstrecke von elf Metern Länge, auf dem sich 35 Mover gleichzeitig bewegen und insgesamt 15 Kamera-Stationen durchlaufen. Jeder Mover ist mit einer Kennung durchnummeriert. Beim Hochfahren der Anlage werden die Werkzeuge an einer an einer RFID-Lesestation zum jeweiligen Mover initialisiert. Dadurch ist über den gesamten Umlauf eine eindeutige Positionsüberwachung der Mover sichergestellt. Während sich ein Diffuser durch die verschiedenen Prüfstationen bewegt, werden die Ergebnisse der einzelnen Kamerastationen an einen Computer übermittelt. Diese werden ausgewertet und das Ergebnis rechtzeitig zum Ende der Prüfstrecke zurückgegeben, und so der Diffusor entsprechend klassifiziert.

„Die Konstruktion einer so großen Produktionseinheit war für uns alle Neuland“, so der Marketingleiter von Gefasoft, denn bisher waren Systeme auf Basis eines Linearantriebs nur ein bis zwei Meter lang. „Es war für uns alle ein Lernprozess, aber wir würden auf jeden Fall bei ähnlichen Herausforderungen wieder auf Beckhoff und HepcoMotion zurückgreifen“, so Schlaffer. Seit zwei Jahren arbeitet das System bei dem Endkunden erfolgreich und zeigt, dass sich der Mut Neues auszuprobieren bezahlt macht. aru