Zusammenspiel aus
Leidenschaft und Präzision

Roboteranlage zur Montage von Prozessventilen

BDG: Roboteranlage zur Montage von Prozessventilen

Roboteranlage zur Montage von Prozessventilen

BDG: Roboteranlage zur Montage von Prozessventilen

Roboteranlage zur Montage von Prozessventilen

BDG: Roboteranlage zur Montage von Prozessventilen

Roboteranlage zur Montage von Prozessventilen

Die hohe Varianten­vielfalt und hoch­präzise Montage­prozesse bei der Fertigung von Kolben­steuer­ventilen stellten die Anlagen­planer vor beinahe unlösbare Aufgaben. Nur mit viel Know-how, dem konsequenten Einsatz standardisierter Prozess­module und eines hoch­präzisen Roboters waren die gesteckten Ziele und Vorgaben doch noch zu erfüllen.

Mit einer gemeinsamen Vision begegnen der Kunde und BDG dem generellen Trend zu kleineren Los­größen, steigender Varianten­vielfalt und kurzen Liefer­zeiten: „Inline Manufacture“ mit modularer Baukasten­fertigung. Die Optimierung der Prozesse unter wirtschaftlichen und zukunfts­orientierten Aspekten geht in Richtung „one piece flow“ und Null-Fehler-Fertigung. Modular aufgebaute, flexible Anlagen und konsequenter Roboter­einsatz bedeuten hier wichtige Schritte zum Ziel.

Die Verantwortlichen für die Anlage setzten auf konsequente Prozess­modularität durch den Einsatz standardisierter Technik und erreichen damit eine fast grenzenlose Flexibilität bei gleichzeitig kürzesten Umrüst­zeiten. Insgesamt 14 Varianten des Ventils in den beiden Nenngrößen 50 und 63 Millimeter werden auf der nach dem Baukasten­prinzip konzipierten Anlage montiert.

Herzstück der Zelle ist ein Sechsachs-Knick­arm­roboter Stäubli RX 90. Fünf Arbeits­stationen bergen Prozess­module wie das Band­system zur Bauteil­zuführung, Palettierer, Schraub­station, Montage­station Kolben, ein Linear­system zur Endmontage, das in mehrere Unter­prozesse unter­gegliedert ist, zwei „Pick-Speed-Solution“ zur schnellen Zuführung von Klein­teilen in den Arbeits­bereich sowie ein Band­system zum Abtransport des fertigen Bauteils. Eine Siemens S7-Steuerung ist für die durch­gängige Vernetzung der Stationen verantwortlich.

Da die Teile vom Roboter flexibel aus genau positionierten Bevorratungs­trays mit exakt definierten Teile­positionen entnommen werden können, wurden diverse Zuführ­einheiten eingespart. Der Stäubli RX 90 baut besonders kompakt und erzielt eine sehr hohe Positionier­genauigkeit. Dies waren wichtige Voraussetzungen für die komplexe Montage­anlage Typ 2000.

Bei Takt­zeiten von 60 Sekunden für die komplette Montage und derzeit zwei­schichtigem Betrieb arbeitet die Anlage seit ihrer Inbetrieb­nahme problemlos. Die vorerst geplante jährliche Produktion von 200.000 Stück gilt somit als sichergestellt. Des Weiteren ist die Anlage konzeptionell so vorbereitet, dass ein ggf. kommendes Nachfolge­produkt im turnus­mäßigen Wechsel zu Typ 2000 auf derselben Anlage montiert werden könnte.

Die schnelle und problemlose Umrüstung der Montage­anlage auf das neue Produkt ist durch die verwendeten, standardisierten Module und die Flexibilität des Roboters gewähr­leistet. Der Austausch eines Prozess­moduls erfolgt einfach durch Lösen der Verschraubung sowie der Kabel- und Leitungs­schnitt­stellen. Anschließend lässt sich das Prozess­modul mit dem Hub­wagen bewegen. Nach diesem Muster soll künftig auch die Umrüstung von Typ 2000 auf das Nachfolge­produkt und zurück durch den Austausch der Prozess­platte zur Vor­montage erfolgen. Dazu addieren sich normale Rüst­zeiten zwischen 15 und 30 Minuten, einer Größen­ordung, die auch für den Wechsel zwischen Nenn­weiten oder Varianten gelten. Die Flexibilität der Montage­zelle war bereits Teil der Anlagen­planung. Diese Vorgaben wurden durch die kreative Zusammen­arbeit der BDG, Stäubli und des Kunden-Projekt­teams hervorragend umgesetzt.

Dank des engagierten Projekt­teams, das sich aus erfahrenen Mitarbeitern zusammensetzt, konnte bereits bei der Projektierung wertvolles produkt­spezifisches Montage-Know-how in die Anlagen­planung einfließen. Aufbauend auf die bisher verwendeten Arbeits­schritte erfolgte die Erstellung der Vorgaben, Greif­genauigkeit und Positionier­genauigkeit des Roboters.

Neben zahlreichen bereits in der Vergangenheit entwickelten Baukasten­modulen wie Palettierer, Zuführungen und Zellen­konzept, die in der Zelle zum Einsatz kommen, stellten sich komplett neue Heraus­forderungen. So integrieren die speziell entwickelten Trays Funktionen zur exakten, verdreh- und verrutsch­sicheren Positionierung von Zuführ­teilen. Ein Meister­stück ist der von BDG entwickelte Dreifach­greifer, der jeweils fünf geometrisch unter­schiedliche Teile greifen kann.

Eine besondere Heraus­forderung für den Stäubli-Roboter stellt die anspruchs­volle Montage des Kolbens in der Lauf­buchse dar. Da im Kolben ein radialer Dicht­ring eingearbeitet ist, kann dieser nicht einfach senkrecht eingedrückt werden. Vielmehr hat die Montage mit einer definiert taumelnden Bewegung zu erfolgen. Die Kombination hoch­präziser Roboter mit steuerungs­technischer Raffinesse macht die Montage überhaupt erst möglich.

Gute Planung und intensive Probe­läufe schufen die Voraussetzung für den erfreulich problem­losen Produktions­start. Durch optimale Abstimmung im Vorfeld lief die Anlage auf den Punkt genau stabil. Dennoch wurde bei BDG im vorläufigen Aufbau über mehrere Wochen zunächst probe­weise produziert, um Prozess­sicherheit und Produkt­qualität auf „Herz und Nieren“ zu prüfen.

Heute, wenige Monate nach Inbetrieb­nahme der Inline-Montage­anlage, sieht sich der Kunde dem Ziel Null-Fehler-Produktion einen Schritt näher. Jede Menge Sensorik und Visions­systeme übernehmen die lücken­lose Über­wachung jedes einzelnen Arbeits­schrittes. Klassische Fehler­quellen der manuellen Montage, etwa ein vergessenes Bauteil oder falsch eingelegte Scheiben, werden sicher ausgeschlossen. Die Prozes­squalität ist gestiegen, die Produkt­qualität gesichert.