Bei Bahner und Schäfer dreht sich alles um technische Federn und Biegeteile, und das bereits seit mehr als drei Generationen. Die heutige Inhabergeneration mit Tabea und Matthias Schäfer übernahm 1994 das Unternehmen – damals noch am Standort Lugau – und investiert seitdem jährlich. In der jetzigen Produktionshalle, die sich am Fuße des Erzgebirges in der Kleinstadt Oelsnitz befindet, ist die Federproduktion mit modernsten Maschinen und Anlagen ausgestattet. Unter anderem zählt dazu ein modernes CNC-gesteuertes Biegezentrum.

In der Vergangenheit liefen trotz des hohen technologischen Standards und Automatisierungsgrades im Unternehmen noch einige abschließende Prozesse im Biegezentrum manuell. Zum Beispiel wurde bei der Endenbearbeitung der Drahtbiegeteile nach dem Biegevorgang das Produkt mittels einer Schneide vom Rohdraht abgetrennt und fiel dann über eine Rutsche in eine große Kiste. Um die im Prozess entstandenen inneren Spannungen der Biegeteile zu mindern, musste ein Großteil der Produkte einer nachträglichen Wärmebehandlung unterzogen werden. Ein homogenes Werkstoffgefüge konnte der Hersteller nach der Wärmebehandlung jedoch nur erreichen, wenn er die Teile vereinzelt im Ofen positionierte. Diese Vereinzelung der Teile sowie deren Positionierung erfolgten mühsam per Hand. Sie erforderten für den Werker einen großen zeitlichen Aufwand und stellten einen nicht unerheblichen Kostenfaktor dar.

Auch die Qualität der Biegeteile litt durch mögliche Verformungen, wenn sich die einzelnen Werkstücke beim Herausnehmen und Separieren aus der Kiste verhakten. Ein weiterer Produktionsschritt erfolgte bisher ebenfalls per Hand: Bestimmte Teile mussten aufwendig nachträglich an den Kanten angefast werden, was die Produktionskosten negativ beeinflusste. Um nun die Biegeteile-Produktion weiterzuentwickeln, hatte Bahner und Schäfer zusammen mit dem Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau (ICM) erörtert, wie eine Automatisierungslösung dem Unternehmen helfen könnte, die Kosten zu senken, die Produktivität zu steigern sowie ihre Mitarbeiter effizienter einzusetzen beziehungsweise von der tristen Tätigkeit des manuellen Vereinzelns zu befreien.

Automatisch vereinzelt und angefast

Der Projektpartner, den sich das Unternehmen mit ICM ins Haus geholt hatte, ist eine private, gemeinnützige, anwendungsorientierte Industrieforschungseinrichtung. Vorrangiges Ziel des Spezialisten ist es, neue technologische Möglichkeiten für KMU zu erschließen.

Die Herausforderung bestand für das Institut darin, ein System beziehungsweise eine Anlage zu konstruieren, welche sich in die bestehenden Prozesse integrieren lässt, einfach bedienbar ist sowie akzeptable Amortisationskosten aufweist. Neben der reinen Robotik mussten bei einer erfolgreichen Einführung aber vor allem wichtige Fragen wie flexible Greifersysteme, Zu- und Abführung von Material und Energie sowie die Maschinensicherheit geklärt werden.

Neben einer eigens konstruierten Drahtendenbearbeitungsmaschine, welche die Teile automatisch anfast, setzten die Experten auf eine flexible Roboterzelle für den automatisierten Vereinzelungsprozess der gebogenen Bauteile. Innerhalb eines Schutzzaunes kommt nun ein Industrieroboter zum Einsatz, der die Biegeteile von der Drahtbiegemaschine abholt und in einer Vorrichtung lagedefiniert auf ein Register aufhängt. Das Hängeregister dient als eine Zwischenstation, um alle Biegeteile, die sich aufhängen lassen, vor dem Bearbeiten ohne Verhaken zu lagern.

Das Handling besteht aus einem XY-Linearachssystem mit 2.000 mal 3.000 Millimetern, welches sich aus einer Doppeltandem- und einer Einzelachse mit Mitläufer zusammensetzt, sowie aus einem sechsachsigen Kawasaki-Roboter RS010L. Das Achsportal ermöglicht die Bewegung des Roboters auf einer siebten und achten Achse und vergrößert somit seinen Arbeitsraum. Für das Handling der vielfältigen Biegeteile kann der Roboter verschiedene Greifer nutzen. Dabei bedient er sich aus einem Pool an vorrätigen Greifern, dem sogenannten Greiferbahnhof. Hier kann er für die jeweils entsprechende Aufgabe den passenden Greifer auswählen.

IO-Link überträgt Greifdaten

Als Greifwerkzeuge hatte das Institut hybride Greifer des Greiferspezialisten Zimmer Group aus Rheinau ausgewählt. »Wir benötigten eine hohe Greifkraft, da die Teile während der Fahrt sicher gehalten werden müssen. Neben einem großen Hub war die aktuelle Position des Greifers für den Prozess wichtig, um beispielsweise zu erkennen, ob der Draht genau gegriffen wurde«, führt Marcel Ott, einer der Projekt- verantwortlichen von ICM, aus. Dies werde über das integrierte Messsystem realisiert. »Die mitgelieferte IO-Link-Technologie war zur Übertragung unserer Messdaten, zum Beispiel Zustandsdaten, Positionierdaten et cetera, von großem Vorteil. Das Werkzeugwechselsystem WWR63F von Zimmer haben wir eingesetzt, um eine Perspektive beim Handling von künftig größeren Werkstücken zu haben«, begründet er seine Entscheidung.

Zur Zusammenarbeit mit der Zimmer Group äußert sich Ott lobend. Er hebt die schnelle Reaktionszeit und Kompetenz ebenso hervor, wie das Unternehmen ein passendes Muster zur Verfügung gestellt hat. Auch den Preis des Greifers und seiner Peripherie sieht er positiv. Die Projektverantwortlichen von ICM hatten während der Umsetzung des Projekts dabei einige Herausforderungen zu bewältigen. Neben der komplexen Montage der Roboterzelle vor Ort gab es anfangs auch in der Produktion selbst kleine Anlaufschwierigkeiten. So stellte sich zum Beispiel heraus, dass das Biegeteil beziehungsweise der Rohdraht beim Handling durch den Schneideprozess jedes Mal leicht seine Lage veränderte. Da der Greifer jedoch im Moment des Abschneidens seine Position unverändert starr beibehielt, hatte sich das Werkstück bei jedem Schnitt ein Stück weit verbogen.

Von Hart zu Weich und zurück

»Um diesem Prozess nun erfolgreich entgegenzuwirken, haben wir an die letzte Achse des Roboters einen Achsausgleich – Modell AR63P – montiert, der im Moment des Cuttens pneumatisch drucklos weich gestellt wird und erst nach dem kompletten Cut durch exakt getimtes pneumatisches Ansteuern des Verriegelungskolbens wieder in seine gewohnte Steifigkeit zurückkehrt«, schildert Thomas Schröder, technischer Support & Vertrieb bei der Zimmer Group, seine Erfahrungen.

Das Ergebnis der gesamten Anlage kann sich sehen lassen, so der Greiferhersteller: Das schnelle automatisierte Handling ermöglichte eine deutliche Produktivitätssteigerung. Das Anlagensystem ist so konzipiert, dass der Bediener das Robotersystem für jedes neue Teil innerhalb von 15 Minuten einrichten kann. Ein Umrüsten ist durch Verwenden von Rezepten in Sekunden möglich.

Beeindruckt zeigt sich Alexander Reinhold, Verantwortlicher für Qualitätssicherung bei Bahner und Schäfer, hinsichtlich der deutlichen Qualitätssteigerung in der Biegeteileproduktion. Dank des maschinellen Anfasens kann jetzt noch genauer gearbeitet werden und die Verformungen an den Biegeteilen, die durch die Verhakungen bei der manuellen Entnahme aus der Kiste entstanden, sind Vergangenheit.

Darüber hinaus ist für den Werker die monotone Tätigkeit des Vereinzelns von Hand entfallen. Mit einer gesteigerten Motivation kann er künftig wertvollere Aufgaben im Unternehmen übernehmen, wie die Zimmer Group hervorhebt. Die Anlage ist für Reinhold jedoch nur der erste Schritt der Automatisierung – weitere sollen folgen. Die nächste Phase könnte zum Beispiel die Erweiterung der Anlage sein, sodass künftig auch komplexere Werkstücke oder Biegeteile bearbeitet werden können.

www.zimmer-group.de

Gregor Neumann (Medien/Kommunikation) / Thomas Schroeder (Technischer Berater/Vertrieb)

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