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Robotern ist nichts zu heiß

: ABB


Bei SKF werden in Steyr jährlich mehr als sechs Millionen Wälzlager erzeugt. Um in der dafür nötigen Walzringproduktion über absolute Prozesssicherheit zu verfügen, beauftragte das Unternehmen den Systemintegrator ISW Industriesoftware GmbH aus Steyr mit der mechanischen, steuerungs- und softwaretechnischen Revitalisierung einer in die Jahre gekommenen Fertigungsanlage – von der Erwärmungsanlage bis zum Walzwerk. Unter anderem wurde die Presse der Produktionslinie mit einem ABB-Roboter automatisiert, der für die prozesssichere Bestückung und Entnahme der 1.200 °C heißen Glühteile zuständig ist. Von Ing. Norbert Novotny, x-technik

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Der ABB-Roboter IRB6620 hat die 1.200° C heißen Glühteile bestens im „Griff“. (Bilder x-technik)

Der ABB-Roboter IRB6620 hat die 1.200° C heißen Glühteile bestens im „Griff“....

Wälzlager stehen für das „reibungsarme“ Funktionieren von Maschinen – von Kompressoren und Pumpen über Windturbinengeneratoren bis hin zu elektrischen Antriebsmotoren. Am SKF-Standort in Steyr, an dem rund 1.100 Mitarbeiter tätig sind, läuft die Produktion dieser Lager über elf Fertigungslinien, sogenannte „Channels“. In den Channels werden hochpräzise und leistungsfähige Schleif- und Honprozesse sowie die Montage und Verpackung der Lager durchgeführt. Verschiedene vorgelagerte Fertigungsprozesse, wie das Drehen und Fräsen, Schmiede- und Walzprozesse, aber auch zugelieferte Komponenten, versorgen die Channels.

Als Weltmarktführer in der Lagertechnik und angesichts des breitgefächerten technischen Know-hows sowie jahrzehntelanger Erfahrungen als kompetenter Partner von Maschinenerzeugern, aber auch von Endanwendern kennt sich SKF mit den Besonderheiten von rotierenden Maschinenteilen aus. „Wir wissen, worauf es beim reibungslosen Zusammenspiel von Maschinenkomponenten und Industrieprozessen ankommt. Zudem wird permanent nach neuen Lösungen geforscht, um Rotationsbewegungen noch präziser und energieeffizienter zu gestalten“, erläutert August Huber, Senior Process Engineer & Project Manager bei SKF Österreich.

Revitalisierung der Walzringfertigung

Ständige Weiterentwicklung ist dabei ein wesentlicher Bestandteil der SKF-Unternehmenskultur und gilt gleichermaßen auch für die eigene Produktion. Das war einer der Gründe, warum der Systemintegrator ISW im letzten Jahr damit beauftragt wurde, eine in die Jahre gekommene Walzring-Fertigungsanlage mechanisch, steuerungs- sowie softwaretechnisch ganzheitlich zu
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Das Stangenmaterial kommt zunächst in die Erwärmungsanlage, in der es dreistufig erhitzt wird. Der Erwärmungsprozess wird exakt getimt, sodass das Glühteil genau im perfekten Temperaturfenster bei der Presse ankommt.

Das Stangenmaterial kommt zunächst in die Erwärmungsanlage, in der es dreistufig...

modernisieren, inklusive der gesamten Automatisierungstechnik der Anlage – von der Einbindung einer neuen Induktions-Erwärmungsanlage über die Teilebeförderung zur Presse und ihrer Automatisierung mit einem Roboter bis hin zur Teileübergabe an das Walzwerk.

Das Walzwerk dieser 1976 gebauten Linie wurde bereits im Jahr 2008 von ISW revitalisiert. „Bei der damaligen Umstellung von einer konventionellen auf eine SPS-Steuerung konnte ISW viel Erfahrung im Walzprozess sammeln. Daher lag es nahe, bei diesem Projekt mit ISW auf einen Partner zu setzen, der mit unseren Systemen bestens vertraut ist“, so Huber. ISW-Geschäftsführer Alexander Girkinger erinnert sich noch gut: „Es war eine große Challenge, die wir zusammen mit den engagierten SKF-Mitarbeitern erfolgreich gemeistert haben. Genau solche Herausforderungen wie Sonderlösungen oder Revitalisierungen sind unsere Spezialität. Aus Alt machen wir Neu. Das hat für unsere Kunden im Vergleich zu einer Neuanlage den großen Vorteil, mit geringerem finanziellen Aufwand gleichzeitig einen wesentlich kürzeren Anlagenstillstand in Kauf nehmen zu müssen.“

Perfektes Timing

Aus Stangenmaterial mit den Dimensionen 100, 120, 150 und 180 mm werden auf der Anlage Walzringe mit Außendurchmessern von 200 bis 420 mm gefertigt. „Mit sehr kleinen Losgrößen von 5 bis 800 können wir bei dieser Anlage sehr flexibel und kurzfristig reagieren“, meint Huber. Zunächst kommt das Stangenmaterial in die Erwärmungsanlage, in der es dreistufig erhitzt wird. Für die permanente Temperaturmessung und -steuerung wurden von ISW dort Pyrometer implementiert. „Dadurch kann der Erwärmungsprozess
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exakt getimt werden, sodass das Glühteil genau im perfekten Temperaturfenster von rund 1.200 °C bei der Presse ankommt. Ist es zu heiß, wirkt sich das negativ auf die Teilequalität aus. Ein zu kaltes Werkstück würde die Presse beschädigen“, geht Thomas Schikowski, Management Controlling bei ISW, ins Detail.

Nach der Induktionsanlage wird das glühende Material in einer Abschermaschine (Warmschere), bei der von ISW ebenfalls die Steuerung erneuert und ein mechanisches Upgrade durchgeführt wurde, in den jeweils benötigten Dimensionen abgeschnitten. Anschließend wird das Glühteil mittels Teilelift kontrolliert auf ein Förderband gelegt, zentriert und zur Presse befördert. „Auch der Teiletransport wurde neu gestaltet, sodass der nun eingesetzte ABB-Roboter die Teile prozesssicher von der fixen Abholposition entnehmen und in die Presse einlegen kann“, bemerkt Schikowski (Anm.: zuvor wurden die Glühteile durch einen Mitarbeiter mittels Zange entnommen und eingelegt).

Selbstverständlich wurde für die Automatisierung der Presse auch die gesamte Steuerung erneuert – inklusive der Einbindung aller nötigen Sicherheitsnormen, sodass es in keinem Fall zu gefährlichen Situationen kommen kann. Ist der Pressvorgang abgeschlossen, entnimmt der Roboter das Teil und legt es für den Transport zur automatischen Walzwerk-Übergabestation auf ein weiteres Förderband. Den Takt gibt das Walzwerk vor. Das intelligente System stimmt dabei den gesamten Prozess vom Glühen bis zum Pressen exakt auf die Dauer des gleichzeitig stattfindenden Walzprozesses ab.

Hohe Temperaturen im „Griff“

Aufgrund der geforderten Reichweite
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Damit das Glühteil nicht kippt, wird es vor und während der ersten Pressung vom Roboter gehalten. Da sich das Werkstück dabei ausdehnt, muss der Greifer dementsprechend geöffnet werden, um dessen Beschädigung zu vermeiden.

Damit das Glühteil nicht kippt, wird es vor und während der ersten Pressung...

und Traglast wählte man für die Bestückung und Entnahme der Pressenteile ABB´s IRB 6620 Roboter. „Dass wir dabei einen Roboter von ABB einsetzen, war eine Vorgabe von uns, da wir mit diesem Anbieter bis dato ausschließlich positive Erfahrungen in puncto Produkt- und Servicequalität gemacht haben“, betont Huber. Um der rauen Umgebung und den überaus hohen Temperaturen dieser Fertigungsanlage gewachsen zu sein, ist der Roboter mit der Foundry Plus 2-Ausführung ausgestattet. „Diese Schutzausführung bietet verbesserte Dichtungen, um das Eindringen von Partikeln in elektrische und mechanische Bereiche zu verhindern, eine korrosionsbeständige Beschichtung mit einem Zweikomponenten-Epoxidharzlack, bewährte Steckverbinder, einen zusätzlichen Schutz der Verkabelung und Elektronik sowie einen generellen Rostschutz“, so Ing. Harald Grauszer, Verkauf Partnerkunden Robotics bei ABB.

Auch für die Entwicklung des Greifers wurde ABB beauftragt. Dabei sollte das Handling des gesamten Teileportfolios (mit unterschiedlichsten Durchmessern) mit nur einem Greifer abgedeckt werden. „Dafür wurde der Greifer mit speziellen Zähnen ausgestattet, wodurch ein sicheres Handling jeder Teiledimension sichergestellt ist“, versichert Grauszer. Die wesentlich größere Herausforderung war dabei allerdings, die hohen Temperaturen von rund 1.200 °C in den „Griff“ zu bekommen.

„Letztendlich wurde eine äußerst robuste Greiferlösung realisiert, deren hohle Greiferfinger über eine Wasserkühlung verfügen“, so der ABB-Mitarbeiter weiter. Und Thomas Schikowski ergänzt: „Da der Roboter in einer möglichen, länger andauernden Notaus-Phase das glühende Teil nicht einfach ablegen darf, benötigt der Greifer zum Selbstschutz vor allem für dieses Szenario eine aktive Wasserkühlung.“ Doch auch hier ist absolute Präzision gefordert: „Denn kühlt man den Greifer zu viel, entstehen
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Ist der Pressvorgang abgeschlossen, entnimmt der Roboter das Teil und legt es für den Transport zur automatischen Walzwerk-Übergabestation auf ein weiteres Förderband.

Ist der Pressvorgang abgeschlossen, entnimmt der Roboter das Teil und legt es...

am Werkstück schwarze Flecken und somit Materialspannungen, die nicht erwünscht sind“, bringt Girkinger noch mit ein. Zudem wurde laut dem ISW-Geschäftsführer beim Greifer eine weitere steuerungstechnische Finesse eingebaut: „Damit das Glühteil nicht kippt, wird es vor und während der ersten Pressung vom Roboter gehalten. Da sich das Werkstück dabei ausdehnt, muss der Greifer dementsprechend geöffnet werden, um dessen Beschädigung zu vermeiden.“

Herausforderungen gemeistert

Insgesamt benötigte ISW für die komplette Anlagenrevitalisierung lediglich fünf Wochen. „ISW hat das gesamte Projekt von der Anlagenplanung inklusive Automatisierungstechnik, der mechanischen, elektro-, steuerungs- und sicherheitstechnischen Überarbeitung über die SPS-Programmierung, IT-Systemanbindung und Prozessvisualisierung bis hin zur Inbetriebnahme zu unserer vollsten Zufriedenheit abgewickelt“, ist August Huber voll des Lobes.

Durch die Modernisierung der Anlage verfüge man nun über eine absolut prozesssichere Walzringfertigung mit um 20 % gesteigerter Kapazität und einer höheren Teilequalität. Das ebenso wichtige Ziel einer massiven Arbeitserleichterung für die Mitarbeiter wurde vollends erreicht. Zudem konnte durch eine komplette Prozessdatenerfassung die Rückverfolgbarkeit in der Walzringproduktion verwirklicht werden.

„Wenn man die revitalisierte Anlage final betrachtet, sieht alles sehr einfach aus. Für den reibungslosen Ablauf dieser Fertigungslinie galt es allerdings, große Herausforderungen und komplexe
Aufgaben im Engineering zu lösen. Mit ABB hatten wir einen Partner an Bord, der uns mit seinem Know-how in der Robotik und in der Greiferentwicklung bestens unterstützt hat“, ist Alexander Girkinger abschließend sehr stolz auf das Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen ISW, ABB und SKF.

Der ABB-Roboter IRB6620 hat die 1.200° C heißen Glühteile bestens im „Griff“. (Bilder x-technik)
Das Stangenmaterial kommt zunächst in die Erwärmungsanlage, in der es dreistufig erhitzt wird. Der Erwärmungsprozess wird exakt getimt, sodass das Glühteil genau im perfekten Temperaturfenster bei der Presse ankommt.
Damit das Glühteil nicht kippt, wird es vor und während der ersten Pressung vom Roboter gehalten. Da sich das Werkstück dabei ausdehnt, muss der Greifer dementsprechend geöffnet werden, um dessen Beschädigung zu vermeiden.
Ist der Pressvorgang abgeschlossen, entnimmt der Roboter das Teil und legt es für den Transport zur automatischen Walzwerk-Übergabestation auf ein weiteres Förderband.
Den Takt gibt das Walzwerk vor: Das intelligente System stimmt dabei den gesamten Prozess vom Glühen bis zum Pressen exakt auf die Dauer des gleichzeitig stattfindenden Walzprozesses ab.
Durch die Revitalisierung der gesamten Fertigungsanlage verfügt man nun über eine absolut prozesssichere Walzringfertigung mit um 20 % gesteigerter Kapazität und einer höheren Teilequalität.
Große Herausforderungen gemeistert (v.l.n.r.): Harald Grauszer (ABB), Alexander Girkinger, Thomas Schikowski (beide ISW) und August Huber (SKF)



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