Spanntechnik

Daniel Schilling,

So wird ein Schuh daraus

Ein junges bayrisches Unternehmen hat unter Einsatz mehrerer Schunk-Schnellwechselsysteme eine Roboterzelle für Schuhhersteller entwickelt.

Ein aufgespannter Wanderschuh bei Wiekon. © Wiekon

In ihr wird die wasserdichte Membran an der Schaftsohle hochwertiger Outdoor-Schuhe automatisch verklebt. Dieser zentrale Fertigungsschritt wird dank des reibungslosen Werkzeugwechsels und der hochkomplexen Bildverarbeitung auf ein neues Qualitätsniveau gehoben.

Ludwig Wiesböck hat Wiekon 2020 im bayrischen Rohrdorf als Maschinenbauunternehmen gegründet, das als Full-Service-Anbieter kundenspezifische Automatisierungslösungen in den Bereichen Schuh- und Textilindustrie sowie der allgemeinen Industrie entwickelt und von der Konzeptphase bis zur Projektumsetzung betreut.

Hotmelt-Klebeprozess in die Produktionsautomatisierung transferiert

Der 32-jährige Maschinenbauingenieur hatte während einer Elternzeit intensiv darüber nachgedacht, wie man einen Hotmelt-Klebeprozess in die Produktionsautomatisierung transferieren könnte. Der Schaft hochwertiger Schuhe für Freizeit und Beruf, die wasserdicht sein müssen – etwa Wanderschuhe oder Feuerwehrstiefel –, ist mit einer Membran aus Polytetrafluorethylen (PTFE) versehen. Diese wasserundurchlässige, atmungsaktive Membran muss im Sohlenaufbau abgedichtet werden, damit kein Wasser eindringen kann. Leder und Membran sind am Schaft um den Leisten herumgezogen, und diese Kante ist mit Hotmelt-Kleber rundum abzudichten. Da jeder Schuh ein individuelles Produkt ist, ist auch dieser Kantenverlauf individuell. Im manuellen Prozess trägt der Schuhmacher den Klebstoff entlang dieser Kante auf, um sie vollständig abzudichten.

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Dieses manuelle Auftragen ist nicht unproblematisch: Zum einen, weil der Werker die erforderliche Klebstoffmenge keinesfalls absolut wiederholgenau auftragen kann; auf diese Weise wird mehr Kleber verbraucht, als eigentlich erforderlich wäre. Zum anderen, weil der 160 Grad heiße isocyanathaltige Kleber gesundheitsgefährdende Dämpfe abgibt, dem der Mitarbeiter unmittelbar in Armeslänge ausgesetzt ist. Drittens ist auch die Qualität beim Handauftrag ein wichtiger Aspekt: Da der Verlauf der Membrankante bei jedem Schuh unterschiedlich ist, kann nicht in jedem Fall ein präziser Klebstoffauftrag – und somit die absolute Dichtigkeit – sichergestellt werden. Die Folge: Ausschuss, Reklamation, Materialverschwendung.

Schnellwechselsystem unterstützt automatisierten Klebeprozess

Hier schafft die neu entwickelte Wiekon-Anlage Abhilfe: Zunächst steckt ein Mitarbeiter ein Schaftpaar auf einen Spezialgreifer, an dem zwei Spreizdorne die Schaftleisten aufspannen. Gleich hier an dieser Stelle wird der Kantenverlauf von Membran und Leder an den Sohlen von einer Kamera gescannt; über den Algorithmus der Bildverarbeitung werden die für diese beiden Schäfte individuellen Klebstoff-Auftragsbahnen für den Roboter definiert. Den Greifer samt Schaftpaar holt sich nun der Roboter über das Schunk-Wechselsystem und führt ihn zur Klebestation. Hier fährt der Sechsachser präzise die individuell errechnete Bahn ab – einen Schaft nach dem anderen.

Währenddessen spendet das Dosiersystem die exakt erforderliche Klebermenge an der jeweils richtigen Sohlenposition. Anschließend nimmt der Roboter vom eigenkonstruierten Sauggreifer die beiden Deckel für das aufgespannte Paar entgegen und übergibt den Greifer – wiederum über das Schunk-Schnellwechselsystem SWS – an die Pressenstation, wo die beiden Deckel verklebt werden. Nach dem Pressvorgang holt der Roboter das Schaftpaar wieder ab und bringt es zur Ein- beziehungsweise Ausgabestelle, wo es über das SWS abgegeben wird. Der Mitarbeiter nimmt das Paar entgegen und führt es dem weiteren Sohlenaufbau zu, damit aus dem Schaft ein Schuh wird.

In der Wiekon-Anlage sind drei Aufnahmegreifer installiert; ein Modul ist stets an der Zellenübergabestation beim Mitarbeiter positioniert, der hier das Schaftpaar aufsteckt und nach dem Klebe- und Pressprozess wieder entgegennimmt. Ein weiterer Greifer ist immer am Roboter, der nonstop holt, bringt, übergibt und übernimmt. Ein dritter Greifer ist an der Presse im Einsatz. So wird ein kontinuierlich fortlaufender Arbeitsprozess sichergestellt. Schunk hat für die Anlage eine ganze Reihe von Komponenten geliefert: Konkret verbaut sind insgesamt fünf Schunk-Schnellwechselköpfe SWK-011 und acht Schnellwechseladapter SWA-011, die mit elektrischen Durchführungsmodulen ausgestattet sind. Ihre robuste Bauweise und wiederholpräzise Funktion ermöglicht die zügigen, prozesssicheren und reibungslosen Greiferwechsel. Das Ver- und Entriegeln dauert nur Millisekunden.

Der Schuhhersteller, der diese Anlage nutzt, profitiert von einer Reihe von Vorteilen: Vor allem sind die Mitarbeiter nicht weiter mit dem isocyanathaltigen, karzinogen wirkenden Kleber in Kontakt. Außerdem erfolgt der Membran-Abdichtprozess zuverlässig und wiederholgenau. Die Taktzeit für das Bearbeiten eines Schaftpaares – Aufnehmen, Scannen, Kleben, Pressen, Abgeben – beziffert Ludwig Wiesböck mit 25 Sekunden; das ist schneller, als es beim Handprozess möglich wäre. Die Qualität der gelegten Klebebahn ist in jedem einzelnen Fall top, denn sie wird dank der komplexen Bildverarbeitung schuhspezifisch und exakt an der Membrankante platziert.

Reduzierte Fehlerquote

Daraus resultiert weniger „Schlupf“ – also Schuhe, die zwar den Klebeprozess durchlaufen haben, aber am Ende doch nicht wasserdicht sind, weil die Klebebahn nicht genau sitzt und die Membran nicht vollständig abdichtet. Diese Schlupfrate ist beim Handprozess relativ hoch. Außerdem ergibt eine präzise gelegte und genau dosierte Bahn eine rund 40-prozentige Klebereinsparung – ein wesentlicher Kostenfaktor für den Schuhhersteller. Aus dem geringeren Verbrauch resultieren weniger Emissionen, was ebenfalls von großem Interesse ist: Der Schuhhersteller unterliegt an seinem Fertigungsstandort einer behördlichen Emissionsobergrenze, die produktionshemmend sein kann.

So lässt sich mit der Wiekon-Anlage neben der Mitarbeitergesundheit und der Produktqualität auch das Produktionsvolumen steigern. Ein weiterer Vorteil ist die völlige Flexibilität: Es werden Schuhe in den Größen von 3 bis 14 samt Zwischengrößen hergestellt. Pro Größe gibt es mehrere Leistenvarianten, zudem die schmale, breite und normale Ausführung. Und schließlich gibt es linke Schuhe und rechte Schuhe. „Hier kommen mehrere tausend Schaftvarianten zusammen“, gibt Wiekon-CEO Ludwig Wiesböck zu bedenken. Dank der Bildverarbeitung und des eigenentwickelten Algorithmus zur Bahnberechnung realisiert die Wiekon-Anlage bei all diesen Varianten den Losgröße-1-Prozess der Verklebung. Nicht zuletzt hilft die Roboterzelle auch, den Fachkräftemangels bei der Schuhherstellung zu kompensieren, denn viele traditionelle Schuhmacher gehen demnächst in den Ruhestand, sodass die Industrie auf automatisierte Prozesse umsteigen muss.

Bestes Material, kluge Köpfe

Das SWS von Schunk ist ein maßgebliches und unverzichtbares Herzstück dieser Automatisierungslösung. Ein Roboterwechselsystem von Schunk einzusetzen, war für Ludwig Wiesböck von Anfang an gar keine Frage. „Schunk-Komponenten kenne ich von früheren Tätigkeiten, die machen einfach das, was sie sollen, auch nach Jahren“, bestätigt er. „Bei einem solchen Projekt brauche ich robuste, absolut zuverlässige Komponenten, die müssen top sein, damit ich mich um das eigentliche Thema kümmern kann.“

Der Kontakt zu Norman Franck, Technische Beratung und Verkauf Greifsysteme bei Schunk, bestand bereits. „Ich habe von Schunk direkt das bekommen, was ich benötige“, erinnert sich Ludwig Wiesböck an die unkomplizierte Beschaffung. „Die Funktionseigenschaften des Wechselsystems insgesamt samt der absolut sicheren Verriegelung von Kopf und Adapter lassen gar keine andere Wahl zu.“ Auch die Kooperation mit Top-Leuten ist für Wiesböck wichtig. „In einer jungen Firma braucht man neben dem besten Material auch die klügsten Köpfe“. Daher arbeitet Wiekon, dem außer Ludwig Wiesböck auch Elektromeister Matthäus Ackermann, Leiter Montage und Inbetriebnahme, angehört, mit anderen, ebenfalls jungen Unternehmen zusammen.

Die Projektlaufzeit für diese Sonderanlage betrug rund 30 Wochen. Ludwig Wiesböck hat mit dieser Anlage einen Erfolgsweg beschritten. Der Sechsachser ist mittlerweile gekauft und ein zweiter noch dazu. Bei Wiesböcks wurde der Kindergeburtstag ordentlich gefeiert – und die Projektidee sowieso. Denn aus ihr ist buchstäblich ein echter Schuh geworden.

Schunk, schunk.com

Wiekon, wiekon.de

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