anwenderreportage

Produktivitätssteigerung dank flexibler Roboter

Innovationen sind für Unternehmen unumgänglich, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben. Das gilt auch für deren Produktionsabläufe. Diese sind oft entscheidend dafür, wie flexibel Herausforderungen wie Kostendruck oder Just-in-Time-Lieferungen behandelt werden. Grund genug, für den Dreh- und Frästeile-Zulieferer Fries Maschinenbau, ein klassisches KMU, seine Prozesse innovativer zu gestalten: Mit Hilfe einer Komplettlösung, deren Herzstück ein Leichtbauroboter des dänischen Herstellers Universal Robots ist, hat der Zehnmann-Betrieb die Bestückung einer CNC-Maschine automatisiert und sorgt damit für eine erhebliche Produktionssteigerung.

Bei Fries Maschinenbau ist die Roboter-Komplettlösung von Universal Robots aktuell an einer CNC-Maschine im Einsatz und handhabt einen Hartdrehprozess.

Bei Fries Maschinenbau ist die Roboter-Komplettlösung von Universal Robots aktuell an einer CNC-Maschine im Einsatz und handhabt einen Hartdrehprozess.

Infos zum Anwender

1994 gegründet, fertigt die Fries Maschinenbau GmbH als klassischer Zulieferer Dreh- und Frästeile für die Industrie. Das inhabergeführte Unternehmen produziert neben Standardteilen auch Sonderanfertigungen und Einzelteile nach individuellen Kundenwünschen.

1994 gegründet, fertigt die Firma Fries Maschinenbau als klassischer Zulieferer Dreh- und Frästeile für die Industrie. Das inhabergeführte Unternehmen produziert neben Standardteilen auch Sonderanfertigungen und Einzelteile nach individuellen Kundenwünschen. Die zehn Mitarbeiter sind an den 15 Dreh- und Fräscentern am Produktionsstandort in Meitingen bei Augsburg tätig und dort sowohl für die Bestückung als auch für die Qualitätskontrolle zuständig.

Um dem im hartumkämpften Zuliefergeschäft stets steigenden Kostendruck entgegenzukommen, ist Firmengründer Anton Fries seit jeher bemüht, seine Produktionsmethoden immer effizienter und Arbeitsprozesse für seine Mitarbeiter angenehmer zu gestalten. An einen bestimmten Prozess dachte er dabei schon länger: Die Bestückung einer CNC-Maschine. Diese erfolgte bisher manuell in kurzer Taktzeit von 25 bis 45 Sekunden mit variierenden Stückzahlen.

„Als Inhaber eines kleinen Unternehmens ist mir bewusst, dass ich nur durch innovative Methoden langfristig mit meinem Marktbegleitern mithalten kann. Die Bestückung der CNC-Maschine ist eine sehr monotone Aufgabe, für die mir die Arbeitskraft meiner Mitarbeiter zu wertvoll ist. Zudem war es mein Ziel, die Produktivität zu steigern. So entstand die Idee, diesen Vorgang mithilfe eines Roboters zu automatisieren“, erklärt Anton Fries, Inhaber und Geschäftsführer der Fries Maschinenbau GmbH.

Der Roboter nimmt zunächst mit einem Doppelgreifer Drehteile von den Ladungsträgern auf, fährt zu einer Umgreifstation, um in die richtige Position zu gelangen. Von dort fährt er geradeaus nach vorne in die CNC Maschine, deren Schiebehaube sich in diesem Moment automatisch öffnet, und spannt das Teil zwischen die Drehbankspitzen der Maschine. Anschießend fährt der Roboter wieder heraus und die Schiebehaube schließt sich.

Der Roboter nimmt zunächst mit einem Doppelgreifer Drehteile von den Ladungsträgern auf, fährt zu einer Umgreifstation, um in die richtige Position zu gelangen. Von dort fährt er geradeaus nach vorne in die CNC Maschine, deren Schiebehaube sich in diesem Moment automatisch öffnet, und spannt das Teil zwischen die Drehbankspitzen der Maschine. Anschießend fährt der Roboter wieder heraus und die Schiebehaube schließt sich.

"Käfiglose" Robotertechnik für Klein und Groß

Systemintegrator Klaus Volland von der INEX Werkzeugmaschinen GmbH hatte die passende Lösung parat: Einen sechsachsigen Leichtbauroboter des dänischen Herstellers Universal Robots. Die Modelle UR5 und UR10 wiegen nur 18 bzw. 28 kg und verfügen über eine Reichweite von 85 bzw. 110 cm sowie eine Hebekraft von 5 bzw. 10 kg. „Ein wesentlicher Vorteil ist der integrierte Sicherheitsmodus der Roboter. Denn damit dürfen sie je nach Anwendung und unter bestimmten Voraussetzungen ohne Schutzzaun in nächster Nähe zum Menschen arbeiten. Im Gegensatz zu großen Robotern eignen sich die ohnehin kleinen UR-Roboter daher auch sehr gut für den Einsatz in kleinen und mittleren Produktionen mit beschränkten Platzverhältnissen. Eine Risikoanalyse ist jedoch im Vorfeld unbedingt erforderlich“, erklärt Volland. Dank ihrer intuitiven Benutzerführung können zudem auch ungeübte Mitarbeiter die Roboter schnell bedienen.

Damit erfüllten die Leichtbauroboter bereits eine wesentliche Voraussetzung für Anton Fries. Für den gelernten Industriemeister und Betriebswirt des Handwerks war Robotertechnologie nämlich ein völlig neues Feld: „Roboter waren für mich bislang vor allem teuer und erforderten eine Menge Spezialwissen – einen Mitarbeiter mehrere Wochen auf Schulung zu schicken, um den Roboter bedienen zu können, hätte ich mir nicht leisten können“, sagt Fries.

Darüber hinaus sollte die Roboterlösung für den Einsatz an verschiedenen Maschinen, im beengten Betriebsraum, leicht transportabel sein. Außerdem sollte das Greifwerkzeug eine Vielzahl an Bauteilen aufnehmen können: „Herr Volland und ich kamen zu dem Entschluss, dass eine vollfunktionstüchtige, kompakte Komplettanlage, in welche der Roboter integriert wird, die Lösung für all unsere Ansprüche darstellte“, erklärt Fries.

Drei Partner, eine Komplettlösung, viele Aufgaben

Gesagt, getan: Für die Entwicklung der Konstruktion holten die beiden Partner das Konstruktionsbüro JUKA mit an Bord, das die Gestaltung in CAD übernahm. Gleichzeitig testeten Systemintegrator Volland und Fries den Roboter auf seine verschiedenen Aufgaben hin und führten dafür unterschiedliche Vorversuche durch. Auf einer stabilen Gussplatte montiert, wurden verschiedene Anwendungen simuliert: Getestet wurde etwa, wie Rohteile aufgegriffen und abgelegt oder welche Maschinenrichtlinien beachtet werden müssen. Die Greifwerkzeuge wurden auf ihre künftigen Aufgaben hin spezifisch entwickelt – die benötigten Bauteile hierfür stellt Anton Fries in der eigenen Produktion selbst her.

Knapp ein Jahr verging von der ersten Idee bis zur Installation der Anlage in der Produktionshalle – seit Mai 2013 ist nun die nur Eurogitterbox-große Komplettlösung „ROHAN“ im Einsatz. Zwei Vorratsschubladen mit Ladungsträgern – für die jeweilig zu bearbeitenden Werkstücke – sind stabil auf einem Palettensystem befestigt. Darauf montiert ist der Roboterarm UR10 von Universal Robots, der wahlweise mit einem Einfach- oder Doppelgreifer mit integrierter Mikroventilinsel ausgestattet ist. So können die Werkstücke optimal angesteuert werden. Über ein Schnellwechselsystem können die Greiferbacken oder beispielsweise auch ein Parallelgreifer in wenigen Sekunden auf einen Dreibackengreifer umgerüstet werden. Die Elektroleitungen und Schläuche wurden direkt im Roboter verbaut – das sichert ihnen höhere Lebensdauer.

„Die ROHAN ist eine steckerfertige, CE-konforme Komplettlösung, die sofort für verschiedene Einsatzgebiete, z. B. auch für Induktivhärtprozesse oder bei Montageaufgaben, in Betrieb genommen werden kann. Je nach Größe und Gewicht der zu bearbeitenden Roh- oder Fertigteile kann der Robotertyp UR5 oder der größere Bruder UR10 integriert werden“, erläutert Volland.

Unkomplizierter Einsatz an mehreren Maschinen

Bei Fries Maschinenbau ist die Komplettlösung aktuell an einer CNC Maschine im Einsatz und handhabt dort einen Hartdrehprozess. Der Roboter nimmt dabei zunächst mit einem Doppelgreifer Drehteile von den Ladungsträgern auf und fährt zu einer Umgreifstation, um in die richtige Position zu gelangen. Von dort fährt er geradeaus nach vorne in die CNC Maschine, deren Schiebehaube sich in diesem Moment automatisch öffnet, und spannt das Teil zwischen die Drehbankspitzen der Maschine. Anschießend fährt der Roboter wieder aus der Maschine und die Schiebehaube schließt sich. Danach holt der UR10 das nächste Drehteil von den Ladungsträgern und der Prozess beginnt erneut. Vor dem Einspannen des neuen Teils holt der Roboter das bereits bearbeitete Bauteil heraus und legt dann erst das Werkstück ein. Alle sicherheitsrelevanten Befehle der CNC-Maschine werden dabei über den Roboter abgefragt und kommuniziert. Dasselbe gilt für die Greifer. „Der Roboter unterstützt uns so beim Bearbeiten von Stückzahlen zwischen 500 und 1.000 Teilen. Da der UR10 aber so einfach umzuprogrammieren ist und sehr effizient arbeitet, setzen wir ihn inzwischen auch bei sehr kleinen Serien von nur zirka 50 Stück ein“, erklärt Fries.

Der Clou: Die platzsparende und leichte Anlage kann innerhalb der Produktion in kürzester Zeit umgesetzt und so je nach Bedarf an mehreren Maschinen eingesetzt werden. Um auf ein unflexibles Schienensystem verzichten zu können, wurde die Anlage bodeneben konstruiert. Über ein spezielles Befestigungssystem kann die Maschine so mit einem 0-Punkt-Spannsystem am Boden schnell an- oder abmontiert werden. Zudem ist die Anlage spiegelbildlich aufgebaut. Das heißt, sie kann – je nachdem auf welcher Seite sich die Steuerungen der Drehmaschinen befinden – links- oder rechtsseitig aufgestellt werden. Dadurch ist die volle Zugänglichkeit zur Einsatzmaschine gewährleistet. Vor Inbetriebnahme wird die Anlage einfach vor die jeweilige Maschine gesetzt – je nach Anwendung sorgt ein schwenkbares Schutzgitter für die notwendige Sicherheit.

Schnelle Amortisation bei dauerhafter Produktivitätssteigerung

„Meine Mitarbeiter sind von dem Roboterarm begeistert. Innerhalb weniger Stunden waren sie in der Lage, diesen zu programmieren und zu bedienen“, freut sich Fries, der inzwischen darüber nachdenkt, weitere Roboter zur Optimierung von Bearbeitungsprozessen anzuschaffen. „Der Mitarbeiter, der früher die CNC-Maschine bedient hat, kümmert sich heute um weitere Maschinen, ohne in Zeitnot zu geraten. Darüber hinaus kann er sich gänzlich auf die Qualitätskontrolle konzentrieren.“

Dank der Komplettanlage konnte Anton Fries seine Produktivität steigern – und in spätestens zwei Jahren haben sich die Kosten für die gesamte Anlage amortisiert. Werden Stillstandzeiten durch den Maschineneinsatz im Mehrschichtbetrieb reduziert, kann der Return on Investment bereits nach einem Dreivierteljahr erreicht werden.

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