Hochmoderne Fertigungsanlagen gehören schon lange zum Alltag bei Gustav Hensel, Hersteller von Elektroinstallations- und Verteilungslösungen. In der Automatisierung mit kollaborierenden Robotern (Cobots) machte der sauerländische Mittelständler hingegen unlängst seine ersten erfolgreichen Schritte – möglich machte dies der Einsatz eines Roboterarms von Universal Robots (UR) zur Palettierung von verpackten Kabelabzweigkästen.

Lydia Reichling, Schichtarbeiterin in der Kunststofffertigung, ist täglich im direkten Einsatz mit dem Roboter tätig und begeistert von seiner einfachen Bedienbarkeit.

Lydia Reichling, Schichtarbeiterin in der Kunststofffertigung, ist täglich im direkten Einsatz mit dem Roboter tätig und begeistert von seiner einfachen Bedienbarkeit. Universal Robots

Ineffizienzen werden identifiziert

Um die Produktqualität hoch zu halten und im Angesicht globaler Konkurrenz wettbewerbsfähig zu bleiben, fertigt der Betrieb nach dem Lean-Prinzip. Mit einem scharfen Blick für Details identifiziert man jede Art von Ineffizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Entscheidend ist dabei, die Belegschaft speziell für hochwertige Tätigkeiten einzusetzen, weiß Christoph Kaiser, Leiter der Kunststofffertigung bei Hensel: „Wir haben den Anspruch sowohl marktführend zu sein, als auch größtenteils am heimischen Standort zu produzieren. Das geht nur, wenn wir automatisieren.“

Preisgünstig und flexibel

Universal Robots wurde 2005 von Esben H. Østergaard, dem heutigen CTO des Unternehmens, mitgegründet: Seine Vision war es, Robotertechnologie, durch die Entwicklung leichter, benutzerfreundlicher sowie preisgünstiger und flexibler Industrieroboter, die ein sicheres Arbeiten ermöglichen, allen zugänglich zu machen. Seit der erste Roboter 2008 auf den Markt kam, hat das Unternehmen ein beträchtliches Wachstum erfahren und verkauft seine benutzerfreundlichen Roboterarme mittlerweile weltweit in über 50 Ländern. Universal Robots, dem Unternehmen Teradyne Inc. zugehörig, hat seinen Unternehmenssitz im dänischen Odense und verfügt zudem über regionale Niederlassungen in den USA, Spanien, Deutschland, Italien, der Tschechischen Republik, China, Singapur, Indien, Japan, Taiwan und Südkorea.

Bei der Herstellung von Kabel-Abzweigkästen fielen täglich Unmengen an Mannstunden für die Palettierung von Verpackungseinheiten an. Hier verbirgt sich Potenzial zur Optimierung, dachte man sich. Auf einer Fachmesse wurde man auf die kollaborierenden Roboter von Universal Robots aufmerksam. Den klaren Anforderungen des Unternehmens wurden sie gerecht: Ein ständiger, direkter Zugriff auf den Palettier-Roboter sollte möglich sein und eine Kombination aus Reichweite und Traglast optimal auf die Verpackungsanlage abgestimmt werden können. Kaiser ergänzt: „Unser Ziel dabei war es, nicht die Mitarbeiter zu ersetzen, sondern vermehrt Kapazitäten für höherwertige Tätigkeiten zu schaffen. Vom Lean-Gedanken her war das manuelle Packen und Bündeln der Kartons absolut nicht wertschöpfend.“

Schnelle Inbetriebnahme des Cobots

Gemeinsam mit Dahl Automation, einem Partner von Universal Robots, startete Hensel das Projekt im Frühjahr 2017. Aufgrund seiner Traglast von 10 Kilogramm und seiner Reichweite von 1,3 Metern entschied sich der Betrieb für das größte Robotermodell UR10. „Wenn der Roboter die Verpackungseinheiten ganz nach unten auf eine Palette stellen muss, ist sein umfangreicher Arbeitsradius wichtig“, erklärt Kaiser. Weiterhin spielte bei der Implementierung des UR10 die Abwicklung seiner Risikobeurteilung eine wichtige Rolle. Nachdem diese durch die Unterstützung von Dahl Automation abgeschlossen wurde, darf der Roboterarm ganz ohne Schutzumhausung in unmittelbarer Nähe seiner menschlichen Kollegen arbeiten. Grundlage hierfür sind die patentierten Sicherheitssysteme.

Der Sauggreifer für den Roboterarm ist so konzipiert, dass er verschieden große Paketbündel flexibel handhaben kann.

Der Sauggreifer für den Roboterarm ist so konzipiert, dass er verschieden große Paketbündel flexibel handhaben kann. Universal-Robots

Insgesamt dauerte die Integration nur wenige Tage. André Gödde, Vertriebsleiter beim UR-Partner, verrät: „Bevor wir einen Roboterarm bei unseren Kunden in Betrieb nehmen, testen wir die Applikation in unserem eigenen Werk. So können wir schnell reagieren, falls beispielsweise noch Bewegungsabläufe optimiert werden müssen.“ Der Aufbau beim Kunden sei so im Durchschnitt in ein bis zwei Tagen abgewickelt.

James bewegt 2,5 Tonnen pro Schicht

Bei Hensel arbeitet der Roboter im 2-Schicht-Betrieb als letzte Komponente in einer komplexen, vollautomatischen Anlage aus Montage- und Verpackungsmaschinen zur Herstellung von Kabel-a Abzweigkästen. Pro 8-Stunden-Schicht palettiert er circa 1.200 Verpackungseinheiten. Ermöglicht wird dies mit einem individuell von Dahl Automation angefertigten Sauggreifer. Dafür stellt die Anlage dem Roboterarm die verpackten Produkte zu jeweils zwei Kartons bereit. In einem ersten Schritt greift der Roboter die beiden Pakete und setzt sie in eine Umreifungsmaschine. Nachdem er dort ein weiteres Paketpaar zur Bündelung in eine Vierereinheit abgestellt hat, umgreift die Maschine diese. Im Anschluss stapelt der Roboterarm die Kartonbündel auf einer Euro-Palette ab. „Knapp 10 Kilogramm hebt der Cobot bei diesem letzten Vorgang, womit wir seine Traglast voll ausnutzen“, erklärt Kaiser.

Elektrotechnische Gebäude-
ausrüstung

Gustav Hensel wurde 1931 gegründet und ist ein mittelständisches Unternehmen in der Herstellung von Elektroinstallations- und Verteilungssystemen. Auf der Basis technischer Kompetenz entwickelt der Familienbetrieb Lösungen für die elektrotechnische Gebäudeausrüstung. Partner im Markt sind der Elektrogroßhandel und das Elektrohandwerk sowie der Elektroanlagenbau. Das Produktportfolio reicht von Kabel-Abzweigkästen über Kleinverteiler bis 63 A, Installationsverteiler bis 250 A, Energieverteiler bis 630 A bis zu Niederspannungs-Schaltanlagen bis 5000 A. Mit den ENYSUN -Verteilern bietet Hensel normgerechte Lösungen für den Anschluss von Photovoltaik-Anlagen.

Zur weiteren Effizienzsteigerung stellt man dem Roboter gleich zwei Euro-Paletten bereit. Ist eine davon voll, stapelt dieser automatisch an dem anderen Palettenplatz weiter. Weiterhin lässt sich der Roboterarm in unter drei Minuten mit nur wenigen Klicks für verschiedene Paketgrößen der Anlage umprogrammieren. So bewegt er je nach Bedarf vier unterschiedliche Kartongrößen.

Die Optimierung des Produktionsablaufs vom Spritzguss bis zur Palettierung ist nur die eine Seite der Medaille. Entscheidend ist auch die deutlich spürbare Entlastung der Belegschaft. Kaiser berichtet: „Etwa 2,5 Tonnen Paketmasse musste pro Schicht bewegt werden. Unsere Mitarbeiter sind wahnsinnig froh, dass ihnen der Roboter das belastende und monotone Stapeln abnimmt.“ Kurzerhand wurde der Roboterarm von seinen menschlichen Kollegen „James“ getauft.

Programmierung kinderleicht lernen

Zunächst absolvierten zwei Fertigungsmitarbeiter im visuellen Klassenzimmer der Universal Robots Academy eine Online-Schulung, die die grundlegenden Kenntnisse zur Roboterprogrammierung interaktiv vermittelt. Tiefergehendes Robotik-Know-how brachte Dahl Automation den Anwendern in einer Tagesschulung bei. Kaiser berichtet: „Bislang reicht diese Wissensgrundlage vollkommen aus, um alles mit dem Roboter zu machen, was wir uns vorstellen.“ Im Produktionsalltag selbst interagieren zwei Schichtarbeiterinnen unmittelbar mit dem Roboter. Die hohe Benutzerfreundlichkeit trägt dabei zur Zufriedenheit der Mitarbeiterinnen bei. So können diese auftretenden Unterbrechungen ganz einfach selbst handeln. Wenn jemand versehentlich an den Roboterarm stößt und die integrierte Funktion zum Sicherheitsstopp greift, starten die Kolleginnen ihn mit nur zwei Klicks auf dem Teach Panel neu. Der UR10 ist dabei so konzipiert, dass er im Anschluss seinen normalen Zyklus reibungslos weiter ausführt. „Wir haben am Anfang auch einfach mal simuliert, wie sich der Roboter in einem solchen Szenario verhält. So waren die Berührungsängste unserer Mitarbeiterinnen schnell verflogen“, erzählt der Leiter der Kunststofffertigung. Während der UR10 beständig palettiert, beschäftigen sich die Mitarbeiterinnen mit der Optimierung der Montageanlagen selbst, was die Produktivität in der Herstellung der Kabelabzweigkästen insgesamt steigert. Im nahegelegenen Zweigwerk in Würdinghausen wird Hensel schon bald das Projekt „Zweiter Cobot“ starten.