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Intelligente Drehmaschinen-Automation mit großer Werkstück-Autonomie

Seit 1946 ist das Unternehmen Werner Schmid GmbH in Fulda ansässig und produziert Metall und Kunststoffbauteile mit hohen Anforderungen an Toleranzen und in komplexen Geometrien. Im Dialog mit den Kunden werden innovative Lösungen erarbeitet, die das Unternehmen in den drei Hauptgeschäftsfeldern -Lüftungsindustrie, Automobilindustrie sowie Mess- und Regeltechnik zu einem wichtigen Lieferanten gemacht hat. Dabei reichen die Kompetenzen von der Planung und Entwicklung über den Werkzeug- und Formenbau bis zur Herstellung von kompliziert umgeformten Metallteilen, anspruchsvollen Kunststoffteilen, sowie kompletten technischen Baugruppen.
Die Stärken des Unternehmens liegen in der hohen Präzision, in der Herstellung fertig fallender hochkomplexer Teile und in der Hybrid- Technologie, bei der Metallbauteile mit Kunststoffen umspritzt werden. Um die Wettbewerbsfähigkeit sicher zu stellen, sind neben der Kundenzufriedenheit und damit verbundenen gleichbleibend hohen Qualität stetige Investitionen in moderne Fertigungsanlagen und neue Technologien erforderlich.
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Intelligente Drehmaschinen-Automation mit
großer Werkstück-Autonomie
ANWENDUNGSBERICHT
Seit 1946 ist das Unternehmen Werner Schmid GmbH in
Fulda ansässig und produziert Metall und Kunststoffbauteile
mit hohen Anforderungen an Toleranzen und in
komplexen Geometrien. Im Dialog mit den Kunden werden
innovative Lösungen erarbeitet, die das Unternehmen
in den drei Hauptgeschäftsfeldern -Lüftungsindustrie,
Automobilindustrie sowie Mess- und Regeltechnik zu einem
wichtigen Lieferanten gemacht hat. Dabei reichen die
Kompetenzen von der Planung und Entwicklung über den
Werkzeug- und Formenbau bis zur Herstellung von kompliziert
umgeformten Metallteilen, anspruchsvollen Kunststoffteilen,
sowie kompletten technischen Baugruppen.
Die Stärken des Unternehmens liegen in der hohen Präzision, in
der Herstellung fertig fallender hochkomplexer Teile und in der
Hybrid- Technologie, bei der Metallbauteile mit Kunststoffen
umspritzt werden.
Um die Wettbewerbsfähigkeit sicher zu stellen, sind
neben der Kundenzufriedenheit und damit verbundenen
gleichbleibend hohen Qualität stetige Investitionen in moderne
Fertigungsanlagen und neue Technologien erforderlich.
Aus diesem Antrieb heraus wurde die Entscheidung zur
Anschaffung einer neuen Drehmaschine für ein bestimmtes
Werkstückspektrum getroffen. Mit den vorhandenen Maschinen
war die erforderliche Qualität nicht mehr sicher zu stellen. Bei
der Recherche nach neuen Drehmaschinen stellte sich jedoch
heraus, dass aufgrund der längeren Beladezeiten einer CNC-
Maschine die Gesamttaktzeit ansteigen würde. Gleichzeitig sollte
die neue Maschine bestmöglich ausgelastet und Stillstandszeiten
vermieden werden. Die einerseits leichten, aber gleichzeitig
voluminösen Werkstücke und die vergleichsweise kurze
Bearbeitungszeit führten schnell zu der Erkenntnis, dass für eine
sinnvolle Automation ein entsprechend großer Werkstückspeicher
erforderlich sein würde.
Gleichzeitig sollte das Automationssystem jedoch so kompakt wie
möglich aufgebaut sein und die Beschickung mit Rohteilen bzw.
die Entnahme der Fertigteile möglichst einfach und mit möglichst
geringem Aufwand erfolgen. Als Zusatzwunsch wurde noch ein
möglichst einfaches und transportables Bevorratungssystem ins
Anforderungsprol geschrieben, da der vorherige Arbeitsschritt
sowie die Vorbereitung der Werkstücke für den Drehprozess
an einer anderen Stelle der Produktionshalle erfolgen. Auch
zur nachfolgenden Weiterverarbeitung müssen die Fertigteile
innerhalb der Fertigungshalle transportiert werden.
Nach ersten Marktrecherchen reifte die Erkenntnis, dass
das Anforderungsprol in der Summe aller Punkte sehr
anspruchsvoll ist. Insbesondere der aufgrund der gewünschten
Autonomie erforderliche Werkstückvorrat bereitete bei allen
angedachten Lösungsansätzen Probleme. Da die Werkstücke
nicht stapelfähig sind, zielten alle Ideen in Richtung von
Flächenspeichern, die nicht mit der verfügbaren Produktionsäche
in Einklang zu bringen waren. Wegen der Anschaffung neuer
Drehmaschinen stand aktuell der Besuch der Messe Turning
Days in Villingen-Schwenningen an. Dort wurde man am
Stand von EGS Automatisierungstechnik auf die vorgestellten
SUMO Automationssysteme aufmerksam. EGS ist seit vielen
Jahren spezialisiert auf die Automation von Handhabungs-
und Fertigungsprozessen, meist unter Einsatz von Robotik.
Mit der Erfahrung aus zahlreichen, erfolgreich gelösten
Automationsaufgaben werden dem Kunden von der Idee, über die
Realisierung bis zum Service alle erforderlichen Leistungen aus
einer Hand angeboten.
Beim nachfolgenden Treffen am Unternehmenssitz in Fulda lag
dann bereits die Entscheidung im Hinblick auf die Drehmaschine,
die verwendet werden sollte, vor: Eine Stopp Autoturn, die
aufgrund der rückseitigen Automationstüre bestens für
automatische Beschickung geeignet ist und dabei trotzdem beste
Zugänglichkeit von der Vorderseite zum Rüsten bzw. für manuelle
Beschickung bietet.
Zu diesem Zeitpunkt gab es im Unternehmen in der mechanischen
Fertigung noch keine Roboterautomation, im Kunststoffbereich
waren bereits Linearsysteme im Einsatz. Bedenken in Bezug auf
die Automation gab es hinsichtlich der Schnittstellenthematik, der
Bedienung des Roboters sowie ggf. erforderlichen Kompromissen
bei der Drehmaschine. Hinsichtlich der Taktzeit zielte man weniger
auf eine Verkürzung ab, viel wichtiger waren die Aspekte der
gleichbleibend hohen Qualität, sowie die konstante Ausbringung
durch die Minimierung von Stillstandszeiten der Maschine.
Das zu diesem Zeitpunkt neu entwickelte Standard-
Automationssystem SUMO Megaplex entpuppte sich schnell
als optimale Lösung für diesen Anwendungsfall: voluminöse
Werkstücke bei gleichzeitig hohen Anforderungen an die
Autonomie und bestmöglicher Ausnutzung der Produktionsäche
sowie möglichst komfortabler Werkstücklogistik. Die großen
Werkstückträger im Format einer halben Europalette, werden
auf Bodenrollern gestapelt in das System eingebracht. Es bietet
eine Autonomie von zwei Stapeln mit jeweils 1,1m Stapelhöhe.
Durch die pfge wechselweise Nutzung der drei Palettenplätze,
abwechselnd als Rohteil- bzw. Fertigteilstapel, besteht für den
Austausch eines Fertigteilwagens durch einen Rohteilwagen die
komplette Laufzeit eines Stapels Zeit. Dadurch ergibt sich eine
sehr geringe Personalbindung.
Ein 6achsiger Industrieroboter Motoman HP20D mit mehr als 1,7m
Reichweite und 20kg Traglast von Yaskawa übernimmt mit einem
Doppelgreifer schnell und zuverlässig das Werkstückhandling.
Nur durch seine kompakten Abmessungen und den schlanken Arm
ist das Eintauchen in die Maschine durch die hintere Beladetür
möglich. Eine besondere Herausforderung war die Konstruktion
des Greifwerkzeuges, da es im Bearbeitungsraum der Maschine
sehr eng zugeht, war ein Doppelgreifer zum beladezeitminimalen
Teilewechsel in der Maschinenspindel erforderlich.
Zusätzlich erforderlich war noch ein drittes Greifmodul am
Greifwerkzeug, da im Prozess aus dem becherförmigen Rohteil
der Boden ausgestochen und mit dem Reitstock der Maschine
aufgenommen wird. Von dort muss er vom Roboter zusammen mit
dem verbleibenden Fertigteilring entnommen werden.
Die elektrische und mechanische Schnittstelle wurden mit
dem Maschinenhersteller abgestimmt und automationsseitig
entsprechend ausgelegt, die beiden Systeme kommunizieren
in diesem Fall über eine Pronet-Schnittstelle. Die
Schnittstellenabstimmung ist eine routinierte Übung von
EGS Automatisierungstechnik, da man bereits Maschinen
unterschiedlichster Hersteller -sowohl Neuanschaffungen als
auch vorhandene Maschinen- automatisiert hat. Neben dem hier
verwendeten Pronet sind natürlich auch Probus sowie digitale
Ein-und Ausgänge als Basis möglich.
Nach erfolgter Installation und Inbetriebnahme wurden die
zuständigen Mitarbeiter gründlich in die Bedienung der Zelle
sowie die erforderlichen Grundlagen der Roboterhandhabung
eingewiesen. Für gegebenenfalls erforderliche Hilfe und Diagnose
wurde eine Fernwartungsschnittstelle eingerichtet.
Inzwischen richtet Schmid selbstständig neue Werkstückvarianten
auf der Zelle ein, natürlich steht bei Bedarf die Unterstützung
durch EGS zur Verfügung.
Die Erfahrungen sind bisher ausnahmslos positiv.
Das wichtigste Resultat vorweg: durch die Automation wird eine
gleichbleibend hohe Qualität erreicht, die Grundlage für die
eingangs erwähnte Spezialisierung und Wettbewerbsfähigkeit
von Schmid ist. Die Werkstücke werden nun in einem Arbeitsgang
auf Länge gedreht und entgratet. Dabei wurden die Erwartungen
sogar noch übertroffen, da die Rundheit –ein sehr wichtiges
Qualitätsmerkmal beim gefertigten Werkstück- der Fertigteile
deutlich besser ist als erwartet und somit der nachfolgende
Richtarbeitsgang mindestens vereinfacht wird, gegebenenfalls
sogar entfallen kann.
Außerdem kann das System zum Schichtende nochmals gefüllt
werden und mannlos ein kompletter Werkstückvorrat bearbeitet
werden, was zusätzliche Kapazität schafft.
Insgesamt ergibt sich für Schmid mit der Anlage neues
Umsatzpotenzial, da man den Kunden jetzt über das Umformen
hinaus auch Drehprozesse mit anbieten kann.
Die zuständigen Mitarbeiter haben sich schnell in die Bedienung
eingearbeitet und tragen so ihren Teil zum zuverlässigen
Fertigungsablauf bei.
Nach und nach werden jetzt weitere Werkstückvarianten
eingerichtet.
Auf Sicht ist angedacht eventuell noch eine Bohrstation in die
Anlage zu integrieren, die Flexibilität des Roboters bietet die
Grundlage dafür, solche Prozesse jederzeit mit überschaubarem
Aufwand nachrüsten zu können.
Text: Heiko Röhrig
Kontakt Werner Schmid GmbH:
Weichselstraße 21
36043 Fulda
Fon: + 49 661 9463-0
www.werner-schmid.de
Paul Wiens, Bereichsleiter Metall bei Schmid ist jedenfalls mit dem
erreichten Ergebnis zufrieden:
„Vor allem durch die Einführung und Verknüpfung des
Handlingssystems mit der CNC-Drehmaschine haben wir einen
weiteren Schritt in die Zukunft getan.
Durch diese neue Komplettanlage ist es für uns möglich mit wenig
personellem Aufwand, in einem zeitlich festgelegten Rahmen,
eine gleichbleibend gute Bauteilqualität zu fertigen.“
EGS Automatisierungstechnik GmbH
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