Zu den weltweit führenden Lieferanten von Kraftübertragungssystemen für die Automobilindustrie zählt das Unternehmen GKN Driveline. Es beschäftigt rund 24.000 Mitarbeiter an 56 Standorten in 22 Ländern. Seine Gleichlaufgelenkwellen kommen bei allen führenden Automobilherstellern zum Einsatz. Am Produktionsstandort Offenbach entstehen komplette Längswellen sowie homokinetische Gleichlaufgelenke für Seitenwellen. In der Produktion findet sich ein interessanter Mix aus Hightech-Anlagen und bewährten Bestandsmaschinen. Wie es dazu kommt, bringt Carsten Merwarth, Projektleiter bei GKN, auf den Punkt: „Wir analysieren jedes Investitionsvorhaben im Vorfeld akribisch, hinterfragen in Aussicht gestellte Verbesserungspotenziale genau und entscheiden erst nach Kenntnis aller technischen Möglichkeiten. Dies führt zuweilen zu unkonventionellen Lösungen.“

Zu eben diesen Lösungen zählt eine Ex-Cell-O Kaltwalzmaschine, die nach einem Refit mit neuer Steuerung und ausgerüstet mit einem Motoman MH12 Sechsachsroboter jetzt wieder zu Höchstleistung aufläuft. Keine Frage, die Maschine ist grundsätzlich gut geeignet, um Gewinde und Profile sowohl auf Gelenkzapfen für Seitenwellen als auch auf Wellenzapfen für Kardanwellen zu rollen. Aber: Bei GKN sollte die Kaltwalzmaschine nunmehr für die Bearbeitung unterschiedlicher Bauteile für diverse Fahrzeughersteller zum Einsatz kommen. In der Praxis heißt das: viele Varianten, kleine Losgrößen, häufiges Umrüsten.

Warum die Maschine gerade für dieses Anforderungsprofil wenig geeignet ist, bringt Umformfachmann Merwarth auf den Punkt: „Die ursprüngliche Zuführung dieser Ex-Cell-O Maschine ist auf die Serienproduktion großer Stückzahlen ausgelegt. Der eigentliche Kaltumformprozess gelingt mit der Hydraulikmaschine in kürzester Zeit, doch die Umrüstung auf eine andere Teilevariante ist aufwändig und dauert lange. Das heißt, für unseren Einsatz mit häufigem Umrüsten ist die Maschine in der Standardausführung zu unflexibel.“

Refit spart Geld

Deshalb hat man bei GKN den Austausch gegen eine neue NC-Rundrollmaschine in Betracht gezogen, sich dann aber für das Refit der vorhandenen Kaltwalzmaschine entschieden. Der Hauptvorteil der neuen Maschine hätte in der flexiblen Zuführung gelegen, der Hauptnachteil in einer deutlich höheren Investitionssumme. Und: Bereits bei Taktzeitberechnungen im Vorfeld zeigte sich, dass die Ex-Cell-O Bestandsmaschine automatisiert mit einem Roboter die Performance der Neumaschine würde toppen können.

GKN-Projektleiter Carsten Merwarth (li.) und Thorsten Schmitt, Vertrieb Yaskawa, sind von der Performance der Automatisierungslösung sehr angetan.

Der eigentliche Massivumformprozess geht auf der kräftigen, 13 Tonnen schweren Ex-Cell-O Maschine in zwei gegenläufigen Werkzeug-Linearbewegungen schnell vonstatten. Unter diesen Voraussetzungen war die Entscheidung für die Automation der Bestandsmaschine schnell getroffen, zumal diese mit einer Genauigkeit von 13 Mikrometer eine sehr gute Leistung zeigt.

Mit der Automation der Maschine betraute GKN den erfahrenen Systemintegrator FMB Maschinenbau aus Faulbach, der für die Automation der Maschine einen Sechsachser Motoman MH12 des japanischen Roboterherstellers Yaskawa wählte. Der Roboter ist kompakt gebaut und hat bereits in Standardausführung die notwendige Reichweite, um alle Übergabepunkte zu erreichen.

Aufgrund seiner Dynamik erledigt der Sechsachser die komplette Teilehandhabung innerhalb der Bearbeitungszeit der Maschine. Trotz Doppelgreifer und praktischem Hohlwellen-Handgelenk, das aber konstruktiv etwas breiter baut als herkömmliche Gelenke, gelingt es dem MH12 problemlos, Teile unter beengten Platzverhältnissen abzuholen und einzulegen.

Sichere Maschinenzugänglichkeit

Um eine optimale Zugänglichkeit zur Maschine zu gewährleisten, haben die FMB-Konstrukteure den Roboter einfach auf eine Verfahrschiene gestellt. Dank dieser Konstruktion lässt sich der Sechsachser für Werkzeugwechsel oder Servicearbeiten einfach von Hand von der Maschine weg bewegen. Nach erfolgtem Refit und integrierter Roboterautomation kommt die Kaltwalzmaschine durchschnittlich auf einen Output von rund 4.500 Teilen am Tag. Und das trotz häufigen Umrüstens und vieler Teilevarianten, die im Durchmesser von 70 bis 120 Millimeter und in der Länge von 120 bis 250 Millimeter reichen. Großer Vorteil dabei: Der Schunk Doppelgreifer kommt mit dem kompletten Spektrum problemlos klar, Greiferwechsel sind nicht erforderlich.

Der Sechsachser ist auf einer Verfahrschiene montiert, um beste Zugänglichkeit zur Rollmaschine zu gewährleisten.

Dabei ist es insbesondere die Roboterautomation, die den entscheidenden Produktivitätsgewinn bringt, wie Merwarth betont: „Die Ex-Cell-O war bereits vor der Modernisierung eine sehr schnelle Maschine, der Knackpunkt ist die Teilezuführung. Der zeitliche Aufwand für die mechanische Umrüstung per Hand belief sich früher auf eine Stunde oder länger. Heute bedarf es für die Umstellung einer eingelernten Variante nur noch eines Klicks in der Steuerung – fertig.“

Handarbeit ist derzeit nur noch beim Auflegen der Teile auf das Zuführband sowie beim Entnehmen der ausgeschleusten Fertigteile nötig. Alles Weitere läuft vollautomatisch: Die Teile gelangen über das Zuführband in die Anlage. An der Übergabeposition greift sich der Roboter ein Teil und fährt damit zur Rollmaschine. Dank seines Doppelgreifers kann der Motoman MH12 im ersten Schritt ein fertig bearbeitetes Teil entnehmen und dann ein Rohteil einlegen. Mit dem Fertigteil in der Hand fährt der Sechsachser zum Ausschleusband, legt das Teil darauf ab und greift sich wieder ein Rohteil vom Zuführband. Die komplette Teilehandhabung erledigt der Sechsachser trotz der erforderlichen Umorientierungen der Teile problemlos innerhalb der Bearbeitungszeit der Kaltwalzmaschine.

Verkettung der Bearbeitungszelle

In naher Zukunft ist die Verkettung der Bearbeitungszelle geplant, so dass die manuelle Bestückung dann der Vergangenheit angehören wird. Wichtig bei dieser Automatisierungslösung ist die Verfügbarkeit jeder einzelnen Komponente. Aufgrund der hohen Nachfrage arbeitet das Werk Offenbach im Dreischichtbetrieb an sieben Tagen in der Woche. Ausfälle kann man sich hier nicht leisten. Ein Grund mehr für die Wahl eines zuverlässigen Motoman-Roboters.

Bei GKN hat sich die unkonventionelle Lösung, eine bewährte Bestandsmaschine mit moderner Roboterautomation auszustatten, als Volltreffer erwiesen. „Wir produzieren mit dieser Anlage genauso schnell und wirtschaftlich wie auf einer neuen NC-Rundrollmaschine. Auch in Sachen Qualität und Präzision steht unsere automatisierte Ex-Cell-O einer neuen Maschine in nichts nach“, freut sich Merwarth. ee