Montagetechnik

Stefan Hesse,

Verkettung von Maschinen zu Arbeitslinien

Der Zusammenschluss von Einzelmaschinen zu einer Fertigungslinie mit durchgängigem Werkstückfluss ist keine neue Idee.

Bild 1: Anordnung von Werkstückspeichern. a) Speicher im Hauptschluss, b) Speicher im Nebenschluss. 1 Werkstückträger, 2 Zulaufstrecke, 3 Ablaufstrecke, 4 Zuteiler, Abschieber, 5 Rollenbahnspeicher (Beispiel), 6 Hauptförderstrecke © Hesse

Bereits 1923/1924 entstand bei der britischen Gesellschaft MORRIS MOTORS eine Taktstraße zur mechanischen Bearbeitung von Zylinderköpfen. Sie wurde rein mechanisch gesteuert, hatte eine Taktzeit von vier Minuten und erledigte 53 Arbeitsgänge. Die Steuerung erwies sich allerdings als unzuverlässig und erforderte immer noch 21 Arbeitskräfte zu ihrer Bedienung. Am allgemeinen Ziel, Arbeitskräfte einzusparen, hat sich aber bis heute nichts geändert. Aber es gibt unter dem Begriff Industrie 4.0 neue Fabrikkonzepte, mit denen auch eine Losgröße Eins effektiv abgearbeitet werden kann. Im Kern geht es um eine umfassende datentechnische Vernetzung. Ein herzustellendes Werkstück findet von selbst seinen Weg durch die Produktionsanlage.

Was verbirgt sich hinter dem herkömmlichen Begriff Verkettung? Es ist die Verbindung automatisierter Maschinen oder Arbeitsstationen zu einer effizienten Anlagenstruktur mit durchgängigem Werkstückfluss. Das geschieht durch Einrichtungen zur selbsttätigen Werkstückweitergabe, aber auch durch Verbindung der Maschinen über einen Informations- und Energiefluss, der eine Gesamtsteuerung ermöglicht.

Bild 2: Teilehandling an einer Tiefziehpresse. 1 Lineareinheit, 2 Hub/Dreh-Einheit, 3 Pressenstößel, 4 Entnahmeeinheit, 5 Ziehwerkzeug, 6 Pressengestell. © Hesse

Verkettungsart
Die Verkettung der Maschinen kann starr, lose (zeitasynchron) und zielcodiert sein. Bei der losen Verkettung sind zwischen den Maschinen Werkstückvorräte angelegt. Bei Ausfall (kurzzeitige Störung) einer Maschine stromaufwärts oder stromabwärts kann der noch intakte Teil der Fertigungslinie durch die Speicher eine begrenzte Zeit weiterarbeiten. Deshalb sind lose verkettete Maschinen immer leistungsfähiger als festverkettete. Man unterscheidet für die Werkstückspeicherung in Hauptschluss- und Nebenschlussspeicher. Der prinzipielle Aufbau wird in Bild 1 gezeigt. Der Hauptschlussspeicher muss so beschaffen sein, dass Werkstücke beziehngswweise Werkstückträger bei einem lückenhaften Strom aufschließen können.

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In der Umformtechnik werden Pressen zu Linien verbunden. Für den Werkstückfluss werden Stetigförderer nur bedingt eingesetzt. Es bieten sich pressenintegrierte oder allein stehende Roboter an. Bild 2 zeigt ein Beispiel. Dreiachsige Roboterarme bringen Ronden in die Wirkzone der Maschine, entnehmen das Tiefziehteil und legen es dann in der folgenden Maschine zum Beschneiden ab.

Bild 3: Mehrmaschinenbedienung mit zentralem Roboter. 1 Roboterstandfläche, 2 eingrenzende Rechteckfläche, 3 Messraster für die exakte Planung, 4 Werkzeugmaschine, 5 Förderband, 6 Palettenplatz, 7 Greiferwechselplatz, B Bedienstelle, R Armreichweite. © Hesse

Zur Steuerung der Maschine wird man eine priorisierte Bewegungsachse festlegen. Das wäre hier der Pressenstößel. Das reibungslose zeitliche Zusammenspiel erfordert die Berücksichtigung aller Nachlaufwege und Signalverzögerungszeiten. Zweckmäßig ist hier ein Freigängigkeitsmodell als Basis für ein Bewegungsregime für alle Abläufe.

Mehrmaschinenbedienung
Mehrere Bedienstellen von Arbeitsmaschinen, die kreis- oder linienförmig angeordnet sind, werden nach Anforderung von einem Industrieroboter angefahren. Das führt zu einer guten Auslastung des Roboters. Organisatorisches Ziel ist, sowohl bei den Maschinen als auch beim Roboter ein Minimum an Wartezeiten zu erreichen. Bei einem Roboterarbeitsplatz mit zentralem Industrieroboter steht die Frage an, wo sollte man ihn hinstellen. Eine einfache grafische Methode zur Standortbestimmung wird in Bild 3 gezeigt. Um jede anzufahrende Bedienposition B wird ein Kreisbogen mit der Armreichweite R des Roboters geschlagen. Die Kreisbögen umgrenzen eine Fläche. Jeder Rasterschnittpunkt innerhalb der Durchschnittsmenge ist ein potenzieller Standort. Man muss nur noch prüfen, ob ein kollisionsfreies Durchfahren eines Arbeitszyklus möglich ist. Von den kollisionsfreien Standorten wird nach den Kriterien

Bild 4: Umrüstoptimierter Montagplatz für wahlweise vier kleine Baugruppen. 1 Be- und Entladeposition, 2 automatische Montageeinheit, 3 Aufsatzteller, 4 Rundschalttisch 180°, 5 Montagevorrichtung, 6 Indexbuchse, 7 Indexbolzen, 8 Arbeitskraft, A-D Basisteilaufnahme. © Hesse
  • minimale Taktzeit
  • Belastung des Industrieroboters
  • Sicherheit und Zugänglichkeit

ein optimaler Standort ausgewählt. Man kann weitere Varianten der Maschinenaufstellung generieren und so auch weitere alternative Lösungen finden.

Umrüstbare Kleinteilmontage
Wie kann man eine kleine Montagevorrichtung (Bild 4) schnell umrüsten? Der Schaltteller der Vorrichtung ist im Beispiel für vier verschiedene Baugruppen ausgelegt. Man sieht eine Station für das Einlegen, Prüfen und Entnehmen. Gegenüber befindet sich die automatische Montagestation, zum Beispiel eine Presse. Der Rundtisch taktet immer um 180 Grad. Die Umrüstung auf eine andere Baugruppe ist einfach; der Aufsatzteller wird abgehoben und versetzt neu aufgelegt.

Stefan Hesse

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