Mit Fertigungszellen zur modularen Produktion

Minitec hat ein neuartiges Konzept entwickelt, das die Realisierung individueller Anlagen auf Basis standardisierter Zellen ermöglicht. 

Der Sonderanlagenbau ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Projekt spezifisch an den Anforderungen des Kunden ausgerichtet wird. Minitec hat sich hier seit vielen Jahren eine große Kompetenz aufgebaut, auch im Bereich der Automatisierung. Dabei gibt es immer wieder Überlegungen, wie trotz hohem Individualisierungsgrad auch Aspekte aus der Serienfertigung aufgegriffen werden können. Mit dem Ziel, Standardlösungen in die Projekte einfließen zu lassen, um dadurch Kosten- und Zeitvorteile für den Kunden zu erreichen. 

Vor diesem Hintergrund hat man sich intensiv mit der Konzeption modularer Fertigungszellen befasst. Also in sich geschlossener Boxen, die stets die gleichen Abmessungen aufweisen, über einen identischen Grundaufbau verfügen, aber für die jeweiligen Aufgaben mit unterschiedlichen Funktionen und Techniken ausgestattet sind. Als Ergebnis präsentiert Minitec eine exemplarische Anlage mit eben diesem Ansatz. Sie besteht aus zwei Fertigungszellen, die über eine Förderstrecke miteinander verbunden sind. 

Roboterzelle mit Hybridschweißen  

Eine der Zellen beinhaltet einen Roboter. Bei der Aufgabenstellung innerhalb der Einheit geht es um das sogenannte Hybridschweißen – ein neues Fügeverfahren, welches Minitec im Rahmen des HyBe-Forschungsprojekts an der Uni Kaiserslautern zusammen mit anderen Partnern entwickelt. Dabei handelt es sich um eine neuartige hybride Verbindungstechnik zwischen Elementen aus Metall und solchen aus kohlenstoffverstärkten Kunststoffen. 

Der Roboter kümmert sich in der Zelle um das Handling beim Hybridschweißen. Er übernimmt die Bauteile mit einem Pneumatikgreifer aus einer Zuführtechnik und setzt sie in die Bearbeitungszelle ein, wo dann der Fügeprozess stattfindet. Aufgrund der speziellen Aufgabenstellung verfügt der Roboter zusätzlich über eine zweite Hand, welche mit verschiedenen Techniken ausgestattet ist. Dazu zählt neben dem reinen Greifen eine Erwärmungsfunktion, welche für den Prozess benötigt wird. Hinzu kommt eine besondere Sensorik, die in die Roboterhand integriert ist.  

Der Roboter könnte auch mit jedem sonstigen Greifer ausgestattet werden, um ganz andere Handlingaufgaben zu erledigen. Im konkreten Beispiel könnte die Roboterzelle mit einem Rundtakttisch ausgestattet werden und bei Kunden für spezielle Aufgaben zum Einsatz kommen. Generell wurde die Roboterzelle entwickelt, damit kundenspezifische Applikation darin stattfinden können. 

Dazu Projektleiter Peter Müller: „Im Prinzip ist das die Darstellung einer Montagezelle. Wir haben einmal die pneumatische Greifeinheit darin, die einfach ein Bauteil nimmt und etwas damit macht. Und andererseits, wegen dem Forschungsprojekt, diese Technologiehand mit der Servo-Achse, dem Induktor und der Messtechnik für das Schweißverfahren. Generell wollen wir aber zeigen, dass man mit einem Roboter in unserer kompakten Zelle Montage- und Handlingsaufgaben machen kann.“ 

Linearzelle für Handling und Logistik 

Die zweite Zelle beinhaltet ein klassisches 3-Achs-Linearsystem, mit welchem Handlingsaufgaben vollzogen werden. Als Objekt dafür dient der erwähnte übergroße Minitec-Profilverbinder. In der Zelle wird das Teil vom Förderband genommen, in einen Bearbeitungsprozess eingefügt, aus dem Prozess wieder rausgenommen und anschließend erneut aufs Band gelegt, um es zur nächsten Bearbeitung zu schicken.   

Darüber hinaus ist eine Logistikeinheit integriert. Dabei handelt es sich um ein spezielles Förderband, welches 2 D fahren kann – einen sogenannten ModSorter. Dazu Peter Müller: „Mit dieser Technik zeigen wir, dass neben dem Transportieren von Bauteilen auch deren Rotieren und Wenden möglich ist. Ebenso können sie innerhalb der kompakten Zelle auf eine bestimmte Position, einen bestimmten Punkt gebracht werden. Und anschließend wieder einem Greifer zur Verfügung gestellt werden, der sie übernimmt. Der Greifer setzt die Teile woanders erneut auf und fährt über das Achssystem zurück zu seiner Ausgangsposition.“ 

In der zweiten Zelle zeigt Minitec also als Anwendungsbeispiel eine Transportaufgabe mit verschiedenen Manipulationen der Bauteile und deren anschließender Positionierung an einem definierten Punkt, wo sie mit dem Linearsystem wieder gegriffen werden. 

Generell zeigt die Anlage auf, dass die Minitec-Zellen sowohl mit einem Roboter als auch mit einem Linearportal arbeiten können. Beide Systeme haben ihre Vor- und Nachteile und damit ihre spezifischen Einsatzbereiche. Ein Roboter ist in sich beweglicher und kann Positionen freier ansteuern. Andererseits hat er aufgrund seiner Dimension eine gewisse Einschränkung, bestimmte Punkte zu erreichen. So scheidet etwa sein eigener Stellplatz als Raum fürs Handeln und Positionieren von Bauteilen aus.  

Ein Portal hat hier den Vorteil, dass es sich quasi als schwebendes System über dem Arbeitsbereich befindet. Entsprechend steht hier die komplette Fläche für Handlingsaufgaben zur Verfügung. Darüber hinaus lassen sich mit Linearachsen längere Distanzen einfacher zurückzulegen. Natürlich gibt es hier auch Lösungen für Roboter, trotzdem ist man etwas eingeschränkter.  

Letztlich ist es eine Frage der Aufgabenstellung, welche Technik in den Minitec-Zellen zum Einsatz kommt – möglich sind beide. 

Von der Einzelzelle zur Automationslinie 

Der grundsätzliche Aufbau der Zellen ist immer gleich:  

• Im unteren Bereich, unter der Tischplatte, befindet sich die Basiseinheit, welche die gesamte Steuerung der Elektronik enthält 
• Oberhalb der Platte läuft die eigentliche Aktion ab 
• Umschlossen wird die Zelle von einer Schutzkabine 

Peter Müller zu dem Konzept: „Die Idee war, dass wir eine Zelle haben, in der wir verschiedene Technologien oben im Bearbeitungsbereich unterbringen können, während darunter die Steuerung abläuft. Von der Auslegung her haben wir nun zwei verschiedene Systeme aufgebaut. Damit zeigen wir, dass wir bei gleicher Basis solche Systeme flexibel mit unterschiedlichen Aufgaben ausstatten können.“ 

Die Minitec-Zellen können sowohl separat (autark) arbeiten, als auch in einer verketteten Linie, so Müller: „Man kann eine einzelne Zelle für irgendeine Montagetätigkeit einsetzen, genauso aber auch zwei, drei Zellen nebeneinanderstellen und sie mit einem Förderband verbinden. So lassen sich mehrere Teilprozesse, die in verschiedenen Zellen ablaufen, zu einem Gesamtprozess aggregieren. Und damit eine modulare, überaus flexible Automationslösung aufbauen.“ 

Plug and play 

Für Flexibilität und Schnelligkeit sorgen auch die Dimensionen der Zellen. Sie haben eine quadratische Grundfläche von 1,60 m x 1,60 m und eine Höhe von 2,40 m. Diese Abmessungen wurden bewusst gewählt, damit die Zellen transportabel sind. Sie lassen sich per Stapler bewegen und passen auf jeden normalen LKW. Dadurch müssen sie nach dem Zusammenbau bei Minitec und der Abnahme durch den Kunden nicht mehr demontiert werden, sondern lassen sich direkt an ihren endgültigen Bestimmungsort transportieren. Dort werden sie nur noch aufgestellt, angeschaltet und funktionieren sofort. Das spart nicht nur Geld, sondern vor allem auch viel Zeit. 

Peter Müller ergänzt: „Aber auch wenn ein Unternehmen einmal intern die Produktion umzieht, ist das Konzept überaus praktisch. Stapler genommen, Leistungssteil und Steckdose raus, Transport in die neue Halle, kurz ausgerichtet, läuft wieder – weil es in sich eine stabile Einheit ist! Zudem lassen sich die Zellen aufgrund ihrer kompakten Maße auch in räumlich eingeschränkten Produktionsumgebungen nutzen.“ 

Für vielfältige Aufgaben  

Das Einsatzspektrum für die Minitec-Zellen ist riesig und reicht von Montagetätigkeiten über Prüfaufgaben bis hin zu Handlingaktionen verschiedenster Art. Durch die Möglichkeit zur Verkettung und die in sich geschlossenen Regelkreise innerhalb der einzelnen Zellen sind auch vollautomatische Montage- und Produktionsstrecken denkbar. So ist aktuell etwa ein Projekt für die Montage von kleineren Schlosssystemen in Arbeit. Jeder Montageschritt hat seine eigene Zelle, die Bauteile werden durch die Zellen durchgereicht, bis zu einer Prüfaufgabe am Schluss mit Kamera- und Funktionsprüfung.  

Von generellem Vorteil ist das standardisierte Grundkonzept, so Müller: „Bisher haben wir derartige Anlagen immer individuell gebaut. Unsere Intention ist es, für unterschiedlichste Projekte künftig die standardisierte Zelle zu nehmen, damit wir da flexibler und kostengünstiger sind. Denn ein Großteil der Konstruktion da ja bereits vorhanden und braucht nicht erst entwickelt zu werden. Auch werden wir im Laufe der Zeit Erfahrungswerte aus der Zellfertigung gewinnen und diese dann in künftige Projekte einfließen lassen. Eben wie bei einem Serienprodukt.“ 

Bilder: MiniTec GmbH