Teilautomatisiertes Handhabungssystem

Mit dem Assistenten zum Türausbau

Was passiert, wenn schwäbischer Erfindergeist und badischer Pioniergeist aufeinandertreffen? Es entsteht ein Handhabungs-Projekt der Spitzenklasse für die Fahrzeugindustrie.

Der Werker kann über die XY-Schiene bzw. über das Hubsystem die Tür zum Fahrzeug transportieren und dort verbauen. © Zimmer

EFS Gesellschaft für Hebe- und Handhabungstechnik ist ein weltweit agierendes Unternehmen im Bereich der Handhabungstechnik und versteht sich als Technologietreiber für teil- und vollautomatisierte Handhabungsgeräte unter anderem in der Automobilbranche. Vom schwebenden Transportieren von Bauteilen bis zur teil- und vollautomatisierten Montageanlage bietet EFS seinen Kunden seit mehr als 20 Jahren innovative schlüsselfertige Lösungen vor Ort an.

Der Klemmelemente-Spezialist Zimmer Group aus Rheinau hat auch schon oft Pioniergeist bewiesen: zuletzt demonstrierte das Unternehmen das mit seinem in diesem Projekt eingesetzten Produkt LKE – dem derzeit einzigen auf dem Markt erhältlichen elektrischen Klemmelement für Profilschienenführungen.

Von der Pneumatik zum elektrischen System
Unter den Vorgaben von renommierten deutschen Automobilherstellern wurde von EFS ein bedarfsgerechtes, teilautomatisiertes Handhabungsgerät zum Autotürenein- und ausbau basierend auf einem elektrischen System entwickelt.

Über Jahrzehnte ist die Pneumatik in dieser Handhabungstechnologie vorherrschend. Vor dem Hintergrund einer steigenden Anzahl an Varianten in der Montagelinie und Nachhaltigkeit, ist der Wunsch der Automobilhersteller, neue Wege in Richtung Elektrifizierung/Elektromobilität und Digitalisierung von Prozessabläufen zu gehen. Ebenfalls im Fokus bei dieser Neuentwicklung steht die Nutzung von Ressourcen und vor allem dessen Flexibilität. Durch gestiegene Anforderungen im Hinblick auf sich schnell ändernde Produktionsprozesse und neuer Produktserien, die bisher weder vom Umfang noch von der Größe her definierbar sind, wurde ein System geschaffen, das den Systemanforderungen gerecht wird und zukunftssicher ist. „Die Anforderung in den Werken Varianten und Fahrzeuge mit abzubilden, die man bislang noch gar nicht kennt, nimmt zu. Hier gilt es in Richtung Elektrifizierung nachzudenken, wo man durch den gezielten Einsatz von Sensorik die Montageprozesse zurückspielen kann, und so die Inbetriebnahme-Strategie beschleunigen kann. Für uns ist wichtig, dass der Kunde unsere Systeme auch selbst auf sich ändernde Fahrzeugtüren anpassen kann,“ unterstreicht Aaron Geenen, Entwicklungsleiter von EFS, seine Herangehensweise.

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Integrierte Statusabfrage, Haltekraft bei Stromabfall
Im neuen Handhabungssystem sind mehrere LKE-Klemmeinheiten der Zimmer Group, die auf einer Linearführung aufgebaut sind, verbaut. Diese schnellen elektrischen Klemmelemente überzeugen – im Gegensatz zu einer pneumatischen Lösung – vor allem mit ihrer integrierten Statusabfrage (offen/geschlossen), welche über sicherheitsgerichtete digitale Zustandssignale ausgegeben wird.

Die Kinematik erfolgt dabei über eine Exzenterwelle mit mechanischer Selbsthemmung (bistabil). Aufgrund des selbsthemmenden Funktionsprinzips wird im geschlossenen Zustand die volle Haltekraft selbst bei Stromabfall oder im stromlosen Zustand (bei einer abgeschalteten Anlage) aufrechterhalten und die genaue Position sichergestellt. Durch ihre elektrische Funktionsweise können diese überall eingesetzt werden wo Strom verfügbar ist und sind somit nicht auf eine zusätzliche Versorgung durch Pneumatik oder Hydraulik angewiesen.

Im Handhabungssystem sind mehrere LKE Klemmeinheiten verbaut. © Zimmer

EFS setzt dabei bewusst auf ein teilautomatisiertes System. So ist laut Geenen eine „fähigkeitsbasierte Aufgabenteilung“ möglich. Der Mensch ist hier durch seine kognitiven Fähigkeiten in vielen Bereichen einem vollautomatisierten, robotergestützten Handhabungsgerät überlegen. Beispielsweise in einem Fügevorgang mit all seinen Toleranzen und Abweichungen oder beim Einsetzen einer Tür leistet der Mensch eine hocheffiziente Arbeit. Bei taktzeitrelevanten Prozessen mit überlagerten Bewegungsabläufen ist eine Automatisierung jedoch sinnvoll. „Weitere Vorteile im Vergleich zur Vollautomatisierung sind die geringeren Anpassungsprozesse und die verhältnismäßig geringeren Betriebskosten“, so Geenen weiter.

Flexible Funktionsweise
Das neuentwickelte Türeneinbaugerät ist flexibel und kann einfach – ähnlich wie bei einem Werkstattwagen – von Hand an die Karosserie geschoben werden. Danach fährt man mit dem Gerät an die entsprechende Tür heran. Eine Saugereinheit mit Greifmechanismus hebt die Tür (teilautomatisiert) aus dem Türrahmen heraus. Dabei hält das Klemmelement der Zimmer Group die Tür in sicherer Position und ermöglicht so dem Bediener verschiedene Funktionen am Greifer auszuführen. So können unterschiedliche Verfahrwege realisiert und ein werkerspezifisches Anfahren der Bewegungsabläufe innerhalb der Montage einer PKW-Tür ermöglicht werden.

Das elektrische Klemmelement nimmt gegenüber dem elektrischen Antrieb im geschlossenen Zustand erhöhte Kräfte auf und sichert die Position energielos ohne Verschiebung ab. Somit wird der Antrieb entlastet und kann im positionierten Zustand abgeschaltet werden. Daraus entstehen Vorteile bei der Auslegung der Antriebe und der Energiebilanz, schildert Stefan Heiland, Produkt Manager bei der Zimmer Group.

Der Werker kann über die XY-Schiene über das Handhabungssystem die Tür zum Fahrzeug transportieren und dort verbauen. Dabei sind alle Freiheitsgrade implementiert und kann somit eine Vielzahl von Varianten abdecken (im Vergleich zu herkömmlichen Handhabungsgeräten). Über ein am Handhabungsgerät befindliches Touchpad kann man jeden Schritt einzeln auswählen und entsprechend anpassen, beispielsweise die Auf- und Abnahmeposition sowie weitere Prozessparameter.

„Die Flexibilität der Zimmer-Klemmelemente und die Tatsache, dass sie durch ihre integrierte Elektronik ganz einfach über digitale Signale angesteuert werden können, waren für unser neues System von großem Vorteil“, so Geenen. „Ebenso, dass der erreichte Zustand der LKE-Serie dank integrierter Logik, sicherheitsgerichtet an die Steuerung mittels einer einfachen Kommunikationsschnittstelle übermittelt werden“, fügt er hinzu.

Das Handlingsystem ist voll anpassungsfähig, es ist in der Lage sich auf jede Türvariante einzeln einzustellen. Die entsprechenden Werte dafür bekommt es durch die Leitsteuerung mitgeteilt und kann sich so entsprechend rüsten oder einstellen. Weiterer Benefit der teilautomatisierten Anlage ist, dass der Montageprozess selbst durch die Hinterlegung der Parameter in der Steuerung weniger fehler- und störungsanfällig ist und der Mitarbeiter in der Montage mit einer Vielzahl von Varianten entlastet wird. as

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