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Automatische Fügestraße bei Marco in Kombination mit zwei Handarbeitsplätzen.
Die Fügestraße setzt sich aus der Rückführung, drei Dockingstationen und einer Fügezelle bestehend aus drei Rexroth-Achsen zusammen.
Vollautomatisch betriebene Beschriftungslaserstraße mit drei Dockingstationen (l.) für andockbare Werkstückträgermagazine, dem eingehäusten Beschriftungslaser in der Mitte sowie Rückführung.
Blick in den Schaltschrank: Die Umrichter der Reihe Indradrive C integrieren Wechselrichter und Versorgung in einem Gerät und enthalten in kompakter Bauform zusätzliche Netzanschlusskomponenten.

Jeder Prozess lässt sich heute automatisieren, das Angebot an entsprechenden Komponenten oder kompletten Fertigungslinien und -zellen ist groß. Eine entsprechende Lösung zu finden ist leicht, wenn die zu fertigenden Stückzahlen hoch genug sind und sich die Investition darüber rechnet. Für kleine und mittelständische Unternehmen, die sich im Übergang von Handarbeitsplätzen einerseits zur Teil-Automatisierung von Prozessen andererseits befinden, ist dies eine herausfordernde Aufgabe. Das Unternehmen Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH nahm kurzentschlossen die Sache selbst in die Hand und entwickelte ihre eigenen Fertigungszellen mit der Technik von Bosch Rexroth: modular bis in die kleinste Einheit und produktneutral. Damit verschaffte sich der Hersteller nicht nur die notwendige Flexibilität für seine Fertigungsprozesse, sondern erschloss sich auch ein neues Geschäftsfeld aufzubauen.

Das Unternehmen mit Sitz in Dachau bei München hat sich zum einen mit eigensicheren Steuerungen für den Bergbau und zum anderen mit piezotechnischen Produkten wie Highspeed-Auftrags- und Dosiersystemen für die Industrie einen Namen gemacht. Lasern, Löten, Coaten und Montieren sind damit gängige Prozesse in der Fertigung. „Im Zuge der Automatisierung unserer Fertigung haben wir nach einer Linie gesucht, die unseren unterschiedlichen Prozessen ebenso gerecht wird wie den Anforderungen der Auftragsfertigung von kleinen bis hohen Stückzahlen“, erläutert Dr. Klaus Oppelt, Produktionsleiter von Marco. „Für die verschiedenen Prozesse gibt es jeweils eine spezifische Maschine. Aber die eine Maschine, die wir für mehrere Prozesse einsetzen können, haben wir nicht gefunden.“ So entschied das Unternehmen, seine Anlagen für die Automatisierung zukünftig selbst zu entwickeln.

Fertigungsstraße nach dem Baukastenprinzip

Grundidee ist, dass die eigentlichen Fertigungszellen unabhängig vom Produkt und damit so flexibel wie möglich sind. Deshalb sind lediglich die Werkstückträger sowie die Werkzeuge in den Fertigungszellen produktspezifisch. Das ermöglicht eine schnelle Umrüstung auf andere Fertigungsprozesse. Zudem sind die Zellen so ausgelegt, dass die Fertigungsstraßen wahlweise nur aus vollautomatischen Fertigungszellen, nur aus Handarbeitszellen oder aus einer beliebigen Mischung beider Zellen bestehen können. Eine durchgängige Modularisierung erlaubt es, bestehende Fertigungsstraßen durch die Integration zusätzlicher Module zu erweitern. „Der Aufbau unserer Fertigungsstraßen funktioniert nach dem Baukastenprinzip. Je nach Anforderungen kombinieren wir die verschiedenen fertigen Module“, ergänzt Oppelt.

Die Möglichkeiten reichen von der einfachen Bearbeitungszelle, bei der die Werkstückträger händisch eingelegt werden, bis hin zur kompletten Fertigungsstraße mit Rückführungsstrecke. Hier lassen sich wahlweise horizontale Speicher, andockbare Werkstückträgermagazine, Speicherracks und produktspezifische Bearbeitungs- und Testplätze einbinden. Mittlerweile sind bei Marco vier Fertigungsstraßen in Betrieb, ausgestattet mit Komponenten der Steuerungs-, Linear- und Montagetechnik von Bosch Rexroth. „Wir wollten auf erprobte Systeme setzen, auch mit Blick auf die langfristige Qualitätssicherung. Hinzu kommt, dass es natürlich auch aus wirtschaftlichen Gründen interessant ist, möglichst viele Produkte aus einer Hand zu beziehen“, erläutert Oppelt.

Eine Bearbeitungszelle für unterschiedliche Prozesse

Komplett automatisiert hat Marco die Laserbeschriftung seiner Komponenten. Bis zu 13 Werkstückträger lagern in jedem der drei angedockten Magazine. Die Werkstückträgeraufnahme erlaubt eine Positionierung mit einer Genauigkeit von 0,01 mm. Als Besonderheit bieten sie zudem die Möglichkeit, Medien wie Druckluft an die aufgenommenen Werkstückträger zu übergeben und diese auch elektrisch zu kontaktieren. Werden auf der Fertigungsstraße unterschiedliche Produkte gelasert, identifiziert ein Barcodeleser den Werkstückträger beim Einsetzen, damit dann in der Bearbeitungszelle der richtige Prozess startet. Der Transport der Werkstückträger erfolgt über das robuste und wartungsfreundliche Transfersystem TS 1 von Rexroth. Es lässt sich auf einfache Weise in die Vor- und Teilmontage eines übergeordneten Systems einbinden. Vor der Bearbeitungszelle verhindert eine Pufferstation ein Leerlaufen. Über eine Rückführungsstraße gelangt der Werkstückträger nach der Bearbeitungszelle zurück zum Magazin. Das Transportband lässt sich über einen von Marco selbst entwickelten Bandspanner entspannen, so dass sich Module ohne großen Aufwand wechseln lassen.

Kernstück der Laserstraße ist die Dreiachs-Bearbeitungszelle, die das Unternehmen mit den so genannten Compactmodulen CKK von Bosch Rexroth realisiert hat. Ausgestattet mit einem Kugelgewindetrieb verfahren diese mit hoher Dynamik, Steifigkeit und Wiederholgenauigkeit über den gesamten Werkstückträger. Mit angebauten Motoren und in Kombination mit Antriebseinheit und Steuerung stellen die Module eine komplette Automatisierungslösung dar. Dadurch verkürzte sich die Inbetriebnahme deutlich, ist sich Oppelt sicher: „An der Z-Achse ist es möglich, entweder ein Laser oder bis zu drei Werkzeuge wie Vakuumsauger, Dosierventil, Lötwerkzeug oder Materialgreifer anzubringen.“ Bislang müssen diese noch manuell gewechselt werden, aber eine automatisierte Lösung ist bereits in Vorbereitung. Das Dreiachssystem haben die Konstrukteure des Unternehmens komplett in einem Montagerahmen verbaut. Durch definierte mechanische Schnittstellen lässt sich das komplette System nicht nur schnell montieren, sondern im Fehlerfall auch schnell tauschen.

Antriebsintegrierte Sicherheit spart Komponenten

Um zusätzliche Komponenten zu sparen nutzen die Konstrukteure die in die Indradrive-Antriebe integrierten Sicherheitsfunktionen. Safety on Board stellt als Funktionen den sicheren Stopp sowie die sicher begrenzte Geschwindigkeit für Sonderbetriebsarten nach Kat. 3 PLd der ISO 13849 bzw. SIL 2 nach IEC 62061 zur Verfügung. Das erlaubt zum Beispiel das Einrichten bei geöffneter Schutztür. Eine Sicherheitssteuerung Safelogic Compact überwacht die Sensoren an den Schutztüren von Bearbeitungszelle und Materialracks sowie den Not-Aus und gibt die Signale über Sercos an die Schnittstelle der Antriebe weiter. Die Steuerung der Antriebsachsen übernimmt mit Indramotion MTX eine speziell für CNC-Aufgaben ausgelegte Steuerung, um so die beispielsweise für das Vergießen notwendigen verschleifenden Bewegungen umzusetzen. Über die OPC-UA-Schnittstelle erfolgt die Kommunikation zum Leit-PC. Auf Basis des am Produkt eingelesenen Barcodes startet dieser das entsprechende hinterlegte Bearbeitungsprogramm und überträgt es an die CNC-Steuerung. Daten für Diagnose und Visualisierung werden ebenfalls über OPC-UA übermittelt und auf einem Bedienterminal Indracontrol angezeigt.

Bei der ersten Anlage haben Rexroth-Experten, insbesondere bei der Auswahl der Komponenten gemäß der Maschinenanforderung und deren Zusammenspiel umfassend beraten und bei der Inbetriebnahme unterstützt. Seine Eigenentwicklung hat Marco bereits ausführlich getestet. Insgesamt hat das Unternehmen vier Anlagen im Betrieb, Nummer fünf und sechs sind in Vorbereitung. So hat sich das Unternehmen in der Zwischenzeit ein tiefgehendes Know-how im Betriebsmittelbau angeeignet – von der Projektierung bis zur Konstruktion.

Automatisierung wächst mit dem Unternehmen mit

Das Konzept, dass die Fertigungsstraße im Grundprinzip immer gleich bleibt und die Anpassung an unterschiedliche Produkte und Prozesse nur über den Werkstückträger erfolgt, hat sich bewährt. „Wir sind damit so flexibel, wie es nur geht. Unsere Fertigungsstraßen können wir einfach adaptieren, vor allem wachsen sie mit den steigenden Anforderungen quasi mit. Die Voraussetzung dafür war die konsequente Modularisierung bis ins Detail“, fasst Oppelt zusammen. Überzeugt von der eigenen Idee lag der Gedanke nahe, dass davon auch andere Unternehmen profitieren könnten.

In der Zwischenzeit ist Marco soweit, sich mit der Konstruktion modularer Automatisierungseinrichtungen ein drittes Geschäftsfeld zu erschließen. „Wir können kleinen und mittelständischen Unternehmen, die bei Stückzahlen von 1.000 bis 100.000 schrittweise von Handarbeitsplätzen auf eine automatisierte Fertigung umsteigen wollen, damit eine interessante Perspektive bieten“, erläutert Oppelt. Das Konzept setzt auf universell kombinierbare Fertigungsstraßen, die sich jederzeit nachrüsten lassen sowie schnell zu projektieren und einfach zu montieren sind. „Aus unserer eigenen Erfahrung können wir sagen, dass dies sehr gut funktioniert“, so das Resümee des Produktionsleiters. „Mit Bosch Rexroth haben wir zudem nicht nur einen erprobten und qualitätsbewussten Lieferanten, sondern auch einen Partner, der gegebenenfalls mit weltweitem Support unterstützen kann.“

Handhabungsaufgaben lösen mit System

Mit Easy-Handling bietet Bosch Rexroth einen Baukasten aus exakt aufeinander abgestimmten Komponenten der Elektrik, Mechanik und Pneumatik, um Montage- und Handhabungsaufgaben maßgeschneidert zu lösen und zu standardisieren – und das laut Rexroth mit um bis zu 80 Prozent reduzierten Engineeringzeiten. Easy-Handling umfasst ein breites Spektrum von Komponenten. Diese sind in Leistung und Funktion skalierbar und lassen sich frei kombinieren: von Greifern und Drehmodulen über Linearmodule bis hin zu Servomotoren, Antrieben und Steuerungen inklusive Visualisierung. Komplette Linearsysteme mit verschiedenen Antriebsprinzipien verringern den Montageaufwand der Systeme. Im Engineeringtool Easy-Wizard sind achsindividuelle elektrische und mechanische Daten bereits hinterlegt. Damit reduziert sich die Inbetriebnahme von Rexroth-Achsen auf die Eingabe einer Handvoll anwendungsspezifischer Daten. Der Antrieb ist nach wenigen Minuten betriebsbereit, was bis zu 90 Prozent der bisher benötigten Zeit sparen soll.