Was bei einem Roboter in einer Backanlage zu beachten ist

Ein frisches, blättrig krümelndes Croissant ist für viele, nicht nur in Frankreich, der Inbegriff eines Frühstücks. Doch haben sie einmal darüber nachgedacht, wie ein Roboter das Croissant greifen soll, damit es frisch und unbeschadet auf den Tisch kommt? Die ASA Automation, Mainhausen, rüstet ihre Anlagen mit Robotern von Fanuc aus und hat sich neben roboterautomatisierten Anlagen für zahlreiche Branchen gerade in der Lebensmittelindustrie, speziell bei Anlagen für Brötchen und Backwaren, einen exzellenten Ruf erworben, inzwischen auch bis nach Südamerika.

Am Anfang steht die Simulation

Der Projektstart unterscheidet sich erst einmal nicht von Branche zu Branche. Denn so gut wie immer beginnt ein Projekt mit der Simulation per Roboguide. Von einzelnen Zellen bis zur kompletten Anlage lassen sich am Bildschirm schon im ersten Schritt die wichtigsten Parameter festlegen und vor allem überprüfen, ob die erforderlichen Taktzeiten und Durchsatzraten erzielt werden. Welche Reichweiten brauche ich beim Roboter? Welche Verfahrgeschwindigkeiten sind realisierbar? Diese Auslegungskriterien lassen sich per Roboguide einfach handhaben. Mario Krämer, Geschäftsführer der ASA Automation, setzt auf das Tool: „Die Simulation hilft dem Kunden, einen recht genauen ersten Eindruck seiner Anlage zu bekommen, und uns, dass wir mit unserem Angebot auf der sicheren Seite liegen.“

Das gilt prinzipiell für alle Branchen, ist aber gerade in der Lebensmittelindustrie, speziell im Bereich Backwaren besonders wichtig, weil beispielsweise Backstraßen in der Regel rund um die Uhr laufen. Beim Bau solcher Anlagen hat ASA Automation inzwischen einen großen Erfahrungsschatz erworben.

Zwar schickt man Rennautos mit Vollgas auf die Piste, aber bei Robotern, insbesondere 36 Flugstunden entfernt im Auslandseinsatz, empfiehlt sich eine andere Strategie. So werden Roboter bei dem Mainhausener Spezialisten in der Simulation mit lediglich 80 Prozent der möglichen Geschwindigkeit ausgelegt. Thomas Haas, der bei ASA Automation den Bereich SPS & Robotik leitet, nennt dafür zwei Gründe: „Zum einen schonen wir den Roboter, zum anderen tauchen in der Praxis immer wieder Faktoren auf, für die wir eine Reserve brauchen.“ Praktisches Beispiel: Wenn in einer großen Backstraße eine von acht Zellen ausfällt, muss der Ausstoß von vielleicht 25.000 Stück pro Stunde auch von sieben Zellen bewältigt werden können. Mario Krämer ergänzt: „An einer Backstraße kann man den Ofen nicht beliebig ein- und ausschalten. Der läuft durch. Da müssen die Roboter schon belastbar sein.“ Gerade wenn es sich um leicht verderbliche Lebensmittel handelt, sind Eile und Sicherheit gefragt. Das gilt auch für Anlagen über die Teiglinge laufen, also fertig geformte, aber noch ungebackene Teigwaren. Die hohe Schule sind Teiglinge aus weichem Hefeteig. Dagegen ist das Greifen biegeschlaffer Teile ein Kinderspiel. Üblicherweise werden solche Teiglinge tiefgefroren, damit man sie zuverlässig greifen kann.

Doch selbst dem schnellsten Roboter mit der besten Kamera entwischt einmal ein Brötchen. Picken mehrere Roboter hintereinander an einer Linie, lassen sich die Fehlgriffe zwar deutlich reduzieren, aber nie ganz ausschließen. Für diesen Fall werden unterschiedliche Strategien angewandt: Entweder das Transportband wird an den Beginn der Pickerlinie zurückgeführt. Hierfür hat das Unternehmen mit Carryline ein eigenes, vielseitig einsetzbares Produkt. Oder die nicht gegriffenen Teile fallen beispielsweise in eine Kiste und werden, falls unbeschädigt, manuell wieder auf die Linie gesetzt.

Backwaren sind generell schwer zu greifende Produkte. Sich von Kunden aus Südamerika Muster schicken zu lassen, hilft den Anwendungstechnikern nicht wirklich weiter. Schließlich sollen die Backwaren frisch und nicht nach einer mehrwöchigen Seereise gegriffen werden. Da behelfen sich die Techniker schon einmal mit Fremdmaterial und stellen entsprechendes Kleingebäck aus Styropor oder Bauschaum her. Alles andere muss dann vor Ort in der Praxis angepasst werden.

Aber welcher Greifer soll es denn sein? Immer häufiger werden Greiferfinger speziell gedruckt. Hier arbeitet ASA Automation mit entsprechenden Spezialisten wie LMD, Lennestadt, zusammen. Als Alternative werden Sauggreifer diskutiert, sofern die Oberfläche eine saugfähige Oberfläche bietet.

Bei den Greifstrategien richtet man sich ganz nach den Vorstellungen des jeweiligen Anwenders. Mario Krämer: „Die Auswahl beginnt damit, ob die Objekte orientiert oder chaotisch ankommen.“ Reicht ein mechanischer Anschlag nicht, um die Objekte dem Roboter griffgerecht bereitzustellen, kommt häufig ein Visionsystem zum Einsatz. Den Robotern ist es egal und mit iRVision samt Software wie iRPickTool lassen sich eines oder mehrere Objekte von einem laufenden Förderband abnehmen. Diese Lösung für die visuelle Bandverfolgung unterstützt eine Vielzahl an Systemlayouts. Entsprechend kann man entscheiden, ob ein einfacher oder ein Mehrfachgreifer verwendet wird. Thomas Haas gibt zudem zu bedenken: „Der weiteste Weg für den Roboter ist der vom Pick zum Place. Je mehr Produkte auf einmal gegriffen werden können, desto höher wird die Systemleistung.“

Das Gewicht von ein paar Keksen oder Brötchen beeindrucken einen Roboter nicht gerade. Ein sicherer Griff bei hohen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten ist ganz wichtig für die Systemleistung. Einen Trick verrät Thomas Haas, wie man der Fliehkraft ein kleines Schnippchen schlagen kann: „Wenn der Roboter mit seiner Bewegung eine Kreisbahn beschreibt, neigt man den Greifer etwas nach innen.“ Da haben sechsachsige Roboter einfach ein Plus.

Im direkten Speedvergleich der Fanuc-Roboter untereinander sind die Deltaroboter jedoch nicht zu schlagen. 222 Picks pro Minute gibt der Hersteller für den Deltaroboter M-2iA an, ein rechnerischer Wert, denn zu greifende Teile liegen nie ideal. ASA Automation als Integrator würde bei Anwendern falsche Hoffnungen wecken, würde man einen solchen Wert für den Dauerbetrieb veranschlagen.

Gegenüber den Deltarobotern punkten die Knickarmroboter bei der Reichweite und bei der Greifhöhe in Z-Richtung. Aber auch hier finden die Experten schon einmal eine kundenspezifische Lösung, wie Mario Krämer sich erinnert: „Wir brauchten für eine Anwendung die Geschwindigkeit eines Deltaroboters, kamen aber mit der Reichweite zunächst nicht hin. Also haben wir für den Handflansch eine Verlängerung gebaut.“ Alle Roboter gibt es in Ausführungen, die für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie geeignet sind. Gerade für das Handling und Pick&Place-Aufgaben dieser Branche haben sich LR-Mate 200iD-Roboter sowie die reichweitenstärkeren M-10i- und M-20i-Roboter bestens bewährt.

Extrem hohe Ansprüche an die Zuverlässigkeit der Anlagen stellen nicht nur die Kunden von ASA Automation. Schon aus Kostengründen ist man im Mainhausener Unternehmen bestrebt, Anlagen mit hoher Verfügbarkeit zu liefern. Krämer: „Die Verfügbarkeit der Anlagen, die nach Südamerika gehen, ist ein ganz wichtiges Thema – für uns und unsere Kunden, die ja meistens Großbäckereien sind und ihrerseits tägliche Lieferverpflichtungen erfüllen müssen.“ Ein Montage- und Service-Team vor Ort unterstützt Kunden beim Aufbau und betreut die Anlage im Betrieb. Das Angebot einer Fernwartung ergänzt das Rundum-Sorglos-Servicepaket und die hohe Zuverlässigkeit der Roboter.