Der Drehtisch wird mit den Stiften bestückt (links). Die Presse (rechts) verbindet diese anschließend mit den Achsträgern.IEF Werner
Die unterschiedlichen Präzisionswellen – für elf unterschiedliche Kleingetriebetypen – sind insgesamt 10,5 bis 18,5 mm lang. Das breiteste Einzelteil ist der Achsträger mit Durchmessern zwischen 4,58 und 7,35 mm. Auf diesen werden drei dünne Wellen montiert, deren Durchmesser zwischen 1,5 und 2 mm variieren. Bei einem Wechsel des Getriebetyps muss die Anlage schnell andere Kleinstwellen produzieren, sich also leicht umrüsten lassen. Dementsprechend erwartete der Motorhersteller einen reibungslosen Werkzeugwechsel. Eine weitere wichtige Anforderung war, dass die montierten Teile anschließend automatisiert in Getriebe eingesetzt werden konnten. Dazu muss sich die Montagezelle nahtlos in die Produktionslinie integrieren lassen. Die Lösung lieferte der Automatisierer IEF Werner in Form einer Montagezelle. Diese ist circa 400 mm breit, 800 mm lang und 800 kg schwer. Sie basiert auf einer erweiterbaren Mikromontage-Systemarchitektur, dem SF-420-Design und lässt sich an jede Produktionsänderung anpassen.
Die Achsträger laufen im Sortiertopf langsam nach oben. Dort entnimmt der Rotary-Arm einen nach dem anderen und reicht ihn zur ersten Messstation weiter.IEF Werner
Schnell montieren
„Die Montage in der Zelle erfolgt überwiegend von oben“, erklärt Ulrich Moser, Vertriebsleiter bei IEF Werner. Fast geräuschlos, mit präzisen Bewegungen saust der Sauggreifer gerade über den ersten Wendelfördertopf und nimmt eine Achsträger auf. Damit fährt er zu einer Messstation, in welcher Sensoren den Durchmesser und die Höhe des Bauteils messen. Dies ist später für die Montage – das exakte Verpressen – entscheidend. Stimmen die Maße nicht, werden sie entweder in einen Behälter mit der Aufschrift Ausschuss oder in einen zur Nacharbeit gelegt. Liegen die Abmessungen innerhalb der Toleranz, fährt der Greifer mit dem Achsträger zur Lageerkennung. Dort detektiert die Bildverarbeitung seine Drehlage, um die Positionen der vorgebohrten Löcher für die drei Wellen zu bestimmen. Anschließend legt der Greifer den Achsträger in eine Werkstückaufnahme, welche unter die Presse fährt. Dort steht ein Drehtisch bereit, der aus einem weiteren Wendelfördertopf mit Stiften bestückt wird. Der Greifer positioniert den Achsträger unter dem Drehtisch, wo dieser mit drei Stiften verpresst wird. Ein Monitor zeigt die Ergebnisse anhand eines Kraft-Weg-Verlaufs. Mit dem verpressten Bauteil, die fertige Präzisionswelle, fährt der Werkstückträger zurück in seine Ausgangsposition. Der erste Sauggreifer entnimmt es und fährt damit zur zweiten Bildverarbeitungsstation, die das Teil auf Späne prüft. Je nach Ergebnis sortiert das System die kompletten Bauteile in Gut oder Nacharbeit ein. Die Taktzeit pro Präzisionswelle beträgt 15 s. Diese kurze Bearbeitungszeit lässt sich unter anderem mit überlagerten Prozessen erreichen. So läuft die Wellenvorprüfung parallel zum eigentlichen Montagevorgang, dem Verpressen, ab.
Die Fertigungszelle lässt sich unabhängig von der Linie in Betrieb nehmen und deshalb im Fall eines Defekts einfacher reparieren.IEF Werner
Auf Sicherheit viel Wert gelegt
„Eine weitere Anforderung des Kunden bestand darin, die Montagezelle sicher zu gestalten, so dass er auf Schutzgitter verzichten kann. Deshalb setzen wir hier auf Linearachsen mit geringer Antriebsleistung“, erklärt Moser. Diese sind hochgenau, bringen aber nur geringe Kräfte auf, die vollkommen ausreichend für diese Anwendung sind. „Kommt eine Hand in einen kritischen Bereich, stoppen die Antriebe sofort. Dadurch erreichen wir die geforderten Sicherheitsvorschriften und stellen die Zugänglichkeit zum Arbeitsraum für Maschinenbediener sicher.“ Gleichzeitig ermöglicht die geringe Antriebsleistung eine energiesparende Montage.
Unabhängig und vielseitig
Die Transportlogistik des Systems basiert auf 80 mal 80 mm großen Werkstückträgern für geringe Handhabungsgewichte. Über ein integriertes Transportband sind sie in den Basistisch integriert, welches sie zu den einzelnen Montagestationen befördert. Die Montagezelle ist über eine eigene Ein- und Ausschleusvorrichtung an das Transportsystem des Werkstückträgers angekoppelt. Da der Anwender aber nur eine Station benötigt, kommen diese Transportbänder und Werkstückträger in diesem Fall nicht zum Einsatz – sie lassen sich aber jederzeit nachrüsten. Ein doppelter Rotary-Arm mit je einem Sauggreifer – ein Schwenkarmmodul für schnelle Pick- und Place-Aufgaben – übernimmt die Montage. Weitere Zuführeinheiten, bei dieser Anlage sind es Wendelfördertöpfe, stellen die zu montierenden Teile bereit. Eine Zuführung wäre ebenso mit Palettierern oder Blistern möglich gewesen. Die einzelnen Einheiten sind mechanisch, elektrisch und steuerungstechnisch an die Montagezelle gekoppelt. Die Schnittstellen sind außerdem auf einen verbesserten Wechselvorgang der Module ausgelegt. Zusatzfunktionen wie Bildverarbeitung oder Zuführungen für die Dosierung von Schmiermitteln in feinmechanischen Systemen lassen sich integrieren. Für die Steuerungstechnik kommt eine IEC-61131-basierte Soft-SPS zum Einsatz. Diese ermöglicht es, die Montagezelle unabhängig von der Linie in Betrieb zu nehmen und im Fall eines Defekts zu reparieren.
Das Bildverarbeitungssystem prüft Durchmesser und Absatzhöhe der Achsträger.IEF Werner
Der Basistisch kann zudem einen Handarbeitsplatz oder eine teilautomatisierte Montagezelle aufnehmen. Auch ein Ausbau zur doppelten oder dreifachen Breite des Basistisches ist möglich. Im Zuge dessen kann der Anwender auch spezielle Prozessmodule integrieren. Dann verkettet ein Hauptband die einzelnen Stationen. Aus mehreren Basistischen lassen sich aber auch komplette Montagelinien aufbauen, die ein Transportsystem materialflusstechnisch verknüpft. Damit können kleine Losgrößen bis hin zu Millionenstückzahlen wirtschaftlich gefertigt werden. Die Montagezelle oder einzelne Module lassen sich im laufenden Betrieb vom Basistisch entnehmen oder einbauen, ohne dass dies die Liniensteuerung oder den Materialfluss beeinträchtigt. Außerdem stellt der Basistisch die Grundversorgung der Montagezelle sicher – also Spannungsversorgung, Druckluft für die Werkzeuge und Kommunikation.
Die automatische Zelle ist mit einem kartesischen Dreiachssystem ausgerüstet, welches einen Adapter für die Greifwerkzeuge hat. Es sorgt für einen reduzierten, größenangepassten Arbeitsraum. Zur Verfügung stehen drei translatorische Bewegungen, in X-, Y- und Z-Richtung.
Lena Trapp
(dl)
