Zimmer Kuka KR titan: Wenn Roboter, Roboter bauen

Der KR titan bei der Montage seiner Artgenossen.

Wie bei Jurassic Park, so mag man sich vorkommen, wenn man einem der stärksten Roboter der Welt, dem KR 1000 titan – dem größten Zugpferd von Kuka – hinter dem Schutzzaun bei der Arbeit zusieht. Zugegeben der Vergleich ist vielleicht etwas weit hergeholt, aber wenn man sich dessen beeindruckende Größe mit einem Eigengewicht von 5 Tonnen und einer Reichweite von bis zu 3,6 Metern anschaut, dann kann einem da vielleicht Steven Spielberg´s Raptor schon in den Sinn kommen. Als Schwerlastroboter bewegt der Riese sicher und präzise schwerste Bauteile und Komponenten auch über große Distanzen. Die Wiederholgenauigkeit des KR titan liegt, trotz seiner erstaunlichen Lastaufnahme von 1300 Kilogramm, bei imposanten +/- 0,1 Millimetern und lässt damit selbst schwerste Bauteile zu hochpräzisen Komponenten werden.

Einer der insgesamt 17 Zimmer-Greifer, die bei der KR-1000-titan-Roboterzelle im Einsatz sind.

Markus Keese
Teamleiter Projektierung und Kalkulation bei Kuka

„Zimmer hat im Projekt komplexe GEO-Greifer – welche mehrere aktivierbare Schwimmungen zum Toleranzausgleich haben – entwickelt, die halfen das anspruchsvolle automatisierte Fügen der Achsen zu realisieren.“

Ein Roboter fertigt seine Artgenossen

Normalerweise wird der Sechs-Achs-Roboter KR titan häufig bei Palettier-, Verpackungs- und Schweißarbeiten eingesetzt. Im KUKA Werk Augsburg fertigt der orangene Riese in einer Zelle jedoch das Grundgerüst seiner etwas kleineren Artgenossen, u. a. den Konsolroboter KR QUANTEC K und den Schwerlastroboter KR FORTEC. Dabei sind eine ganze Reihe von Handling- und Fügeaufgaben vom KR titan zu bewältigen. Der Koloss saust dafür auf einer Schiene eine Strecke von mehreren Metern mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1,45 m/s entlang, um sich mit den einzelnen Werkstücken zu versorgen. Er dreht sich dabei auch mit einer Riesenlast noch locker um die eigene Achse und in alle Himmelsrichtungen.

Bei der sogenannten Achse-1-Montage wird das Grundgestell auf das Karussell des zukünftigen Roboters montiert. Das Karussell ist für die Drehbewegung des Roboters (Achse A1) verantwortlich und ist mit dem Grundgestell über ein Getriebe verbunden. Das Grundgestell bildet die Basis des Roboters. An diesem befinden sich die Schnittstellen zwischen der Robotermechanik und der Steuerung. Ist das Grundgestell nun mit dem Karussell verbunden, werden die zwei gefügten Teile bereits von zwei Mitarbeitern wartend in Empfang genommen. Die zwei Teile erhalten sie dabei von einer Art Drehtisch, der diese nach dem letzten Arbeitsgang des Titanen automatisch und sicher in Wechselvorrichtungen fixiert freigibt. Auf dem Drehtisch sind speziell entwickelte 3-Achspositionierer, die zweimal zwei Tonnen Traglast aufnehmen können.

Nach dem finalen Verschrauben und einer Endkontrolle wird der unfertige Korpus des zukünftigen Roboters dann zur nächsten Arbeitslinie weitergeleitet.

Neben den Greifern sind alle an der Produktion beteiligten Komponenten miteinander und auch mit der KUKA-Cloud vernetzt.

Mit einer Inselfertigung fing es an

Noch bis zum Jahr 2013 fertigte man im Augsburger Werk die Roboter in einer Inselfertigung. Während früher die Mitarbeiter stets händisch alle Arbeitsschritte an nur einem Robotertyp vollzogen hatten, können jetzt in der Linienfertigung mit dem KR titan gleich mehrere Robotertypen gefertigt werden. Da ein Hantieren der Werker mit großen Gewichten entfällt, reduziert sich auch die Zahl der Krankheitsausfälle bei den Mitarbeitern. Ein weiterer Vorteil: Während früher die Mitarbeiter pro Schicht an eine Anlage gebunden gewesen waren, wird die Arbeit nun durch die Automatisierung entzerrt. Vor der Umstellung waren die Rüstzeiten deutlich höher und die Mitarbeiter mussten die mehrere hundert Kilogramm schweren Teile mit Unterstützung eines Krans manuell auf die Arbeitsfläche laden und präzise ausrichten. Die Gefahr, die teuren Teile beim Be- oder Entladen mit dem Kran zu beschädigen entfällt, und es entsteht praktisch kein Ausschuss mehr.

Der KR titan benötigt für alle Handling-Tätigkeiten nur noch wenige Minuten. Somit konnte auch die Produktivität entscheidend erhöht werden.

Großer Bahnhof für die Greifer von Zimmer

Wichtigstes Handwerkszeug für die Montage seiner Artgenossen stellen für den KR titan die verschiedenen Greifer dar. Mit Wechsel-Greifern der Zimmer Group aus Rheinau händelt der Augsburger Kraftprotz die verschiedenen Roboterteile sowie die Wechselvorrichtungen und wechselt auch die von den Kuka-Experten gefertigten typspezifischen Fügevorrichtungen aus. Insgesamt 17 verschiedene Greifer sind dabei im Einsatz. Vom klassischen 2-Backen-Greifer bis hin zum komplexen Greifersystem. Am sogenannten Greiferbahnhof nimmt sich dafür der Schwerlastroboter einen speziellen Greifer oder legt einen Greifer an einem freien Magazinplatz ab. Dies kann z. B. zu Beginn und am Ende einer Handling-Aufgabe erfolgen. Die Beweggründe von Kuka für diese besonderen Aufgaben Zimmer Greifer zu verwenden sind vielfältig. Markus Keese, Teamleiter Projektierung und Kalkulation bei Kuka, führt dabei u. a. die erfolgreichen kleineren, realisierten Automatisierungsprojekte in der zerspanenden Fertigung im Vorfeld an, mit der die Zimmer Group bereits mit seiner Greiftechnologie punkten konnte. Dies war der Grund, warum Kuka beschlossen hatte, die Zimmer Group auch in einer Pre-Engineering-Phase des Projektes „Achse 1“ einzusetzen. „Die Handlings- und Fügeaufgaben, die für verschiedene Robotertypen bei der Achse 1-Montage zu lösen waren, erforderten bei der Greiftechnologie großes Know-how und Bereitschaft, sich in verschiedene sehr knifflige Situationen reinzudenken, um dann beste Lösungen in enger Absprache mit allen anderen Gewerken zu suchen. So hat Zimmer im Projekt dann auch komplexe GEO-Greifer – welche mehrere aktivierbare Schwimmungen zum Toleranzausgleich haben – entwickelt, die halfen das anspruchsvolle automatisierte Fügen der Achsen zu realisieren“, berichtet Markus Keese. Die Zimmer Group konnte sich in dieser Pre-Engineering-Phase aufgrund seiner Kompetenz entscheidend von anderen Marktbegleitern abheben und so entschied sich Kuka dann auch die komplette Greifertechnologie – immerhin 17 Wechselgreifer für den KR titan – zu beauftragen. Dazu kamen folgende Greiferarten zum Einsatz: ein Kombi-Getriebegreifer für 3 Robotertypen, ein Spezial Getriebegreifer, vier Grundgestellgreifer, sieben Karussell-GEO-Greifer zum Fügen des Getriebes ans Karussell und zum Fügen des Grundgestells ans Getriebe, ein Spezial Karussellgreifer, ein Palletiergreifer für die sehr schwere FORTEC-Achse 1 sowie ein Wechselgreifer für die verschiedenen Vorrichtungen (11 Wechselvorrichtungen am Vorrichtungsbahnhof oberhalb der Anlage).

„Die Firma Zimmer zeichnete sich in der Realisierung als sehr zuverlässiger und kooperativer Partner aus, die Kuka mit ihrer großen Fachkenntnis bei der Greiftechnologie half, die sehr anspruchsvolle Zelle in kurzer Zeit erfolgreich zum Einsatz zu bringen“, so Markus Keese weiter.

Der KR titan produziert smart

Bis in die einzelnen Greifer hinein wird bei Kuka mittels SmartProduction alles überwacht. Neben den Greifern sind alle an der Produktion beteiligten aktiven Komponenten miteinander und auch mit der KUKA Cloud vernetzt. Die Daten werden in der sogenannten KUKA Connectivity Box zusammengeführt und dann an die Cloud weitergegeben. In der Cloud werden neben einer Datenverarbeitung und -speicherung sämtliche Daten der Maschinen, des Roboters und auch des einzelnen Greifers aufgearbeitet und dem Kuka Mitarbeiter visuell auf Dashboards übersichtlich dargestellt. Dies erlaubt allen Beteiligten volle Transparenz und Kontrolle über den kompletten Produktionsprozess.