Maschinenbau neu gedacht Wenn der Roboter im Schaltschrank sitzt

Ein Roboter braucht viel Platz, ist komplex zu bedienen und benötigt umfangreiche Sicherheitseinrichtungen. Dass dies auch ganz anders geht, zeigt Black Forest Smart Automation (BFSA) aus Löffingen.

Vor etwa sieben Jahren zeigte sich bei der WST Präzisionstechnik GmbH, einer von von Deutschlands 20 grössten Drehereien, der Bedarf, Handling-Prozesse zu automatisieren. Es sollten das Entnehmen von fertig bearbeiteten Teilen und verschiedene nachgelagerte Arbeitsschritte wie Reinigen, Entgraten, Laserbeschriften oder Messen durch Roboter ausgeführt werden, um etwa vorhandene Drehautomaten auch unbeaufsichtigt weiterlaufen zu lassen. Gründer und Geschäftsführer Georg Willmann stellte Konstrukteure und andere Mitarbeiter ein, die massgeschneiderte Lösungen entwickeln und bauen sollten. Aus diesen Anfängen hat sich inzwischen die Tochtergesellschaft Black Forest Smart Automation entwickelt. «Unsere Anlagen ermöglichen es, Maschinen unbeaufsichtigt laufen zu lassen, beispielsweise in der Nacht oder am Wochenende», sagt Christopher Mayer, Leitung Vertrieb. Kombiniert zum Beispiel mit einem Stangenlader, lässt sich so ohne zusätzlichen Personalaufwand Fertigungszeit gewinnen.

Lösungen mit cleveren Details

Auffällig sind die cleveren Details, die BFSA in seinen Lösungen umsetzt. Zum Beispiel bei einem Haas-Bearbeitungszentrum, bei dem gefordert war, dass der Roboter sehr weit in den Maschinenraum greifen muss, um das fertige Teil zu entnehmen. Hier wurde statt eines grösseren Roboterarms – der entsprechend grössere Massekräfte erzeugt hätte – der Arm auf eine Linearachse montiert. Dieser fährt nun zum Entnehmen auf dieser Achse in den Arbeitsraum. Vorn an der Linearachse ist zusätzlich eine Drehvorrichtung angebracht, die den Maschinenschraubstock im Bearbeitungszentrum zum Entnehmen und neu Bestücken öffnet und schliesst. Sabine Machlitt, Einkaufsleiterin bei BFSA, nennt weitere Besonderheiten, die die Anlagen von anderen unterscheiden: «Erstens sind sie kompakt, die Grundfläche der meisten Anlagen ist nicht grösser als die einer Europalette – und dafür ist in der engsten Produktionshalle noch Platz. Zweitens sind sie mobil und können für Arbeiten an der Maschine zur Seite gerollt werden. Und nicht zuletzt sehen unsere Anlagen gut aus, weil sie in einen Schaltschrank integriert werden und so äusserlich sehr sauber aufgebaut sind.»

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Und wie kam es zu dieser aussergewöhnlichen Verwendung von Schaltschränken im Maschinenbau? «Ich hatte schon länger die Idee, Roboter in Schaltschränken zu montieren», erinnert sich Markus Pfeifer, Erfinder und Leiter der Programmierung. «Bei BFSA konnten wir diese Idee in die Realität umsetzen. Statt eines schweren Maschinengestells, das den Roboter trägt und verkleidet, um den Arbeitsbereich des Roboters zu schützen, nutzen wir Schaltschränke von der Stange. Wir haben uns dabei für Rittal als Lieferanten entschieden, weil das Unternehmen nicht nur die besten Schaltschränke baut, sondern auch unsere Wünsche schnell und unkompliziert umsetzt.» Und er zählt noch weitere Vorteile auf: «Von der Tür mit formschönem Verschlussgriff bis zu den Befestigungselementen der Seiten- und Rückwände sind die Schränke hervorragend verarbeitet.» Die Konstruktion sorgt zudem mit clever angebrachten Knotenblechen und Verstärkungen dafür, dass die Schaltschränke den Massenkräften eines Handling-Roboters standhalten und steif genug sind.

Im Schaltschrank wird gereinigt

Die bei BFSA eingesetzten Rittal VX25-Standard-Anreihschränke lassen sich modular kombinieren, beispielsweise besteht eine Reinigungsstation aus drei u-förmig aneinandergereihten Schränken. Die fertig bearbeiteten Teile werden aus der Drehmaschine entnommen, gereinigt, bis kein Schmutzpartikel mit mehr als 300 Mikrometern mehr anhaftet, und schliesslich in Trays abgelegt. Komplett gefüllt, werden die Trays noch im Schrank verpackt und damit sichergestellt, dass kein neuer Schmutz an die Teile kommt. Hier nutzt BFSA die Tatsache aus, dass die Schaltschränke mit standardmässiger Schutzart IP 55 luft- und damit auch staubdicht sind. Andere Lösungen enthalten eine Laserstation, in der Bauteile nach dem Vermessen mit einem Data Matrix Code (DMC) markiert werden. Hier ist es notwendig, sicherzustellen, dass der Laserstrahl in keinem Fall aus der Umhausung herausstrahlen kann. Auch dies ist bei den Rittal-Schränken durch Zertifizierungen sichergestellt und dokumentiert.

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Vorteil: umfangreiche Zertifizierungen

«Ein grosser Vorteil der Schaltschränke sind die umfangreichen Zertifizierungen, die sie ab Werk mitbringen und die wir für unsere CE-Konformitätserklärungen nutzen können», erklärt Pfeifer weiter. «Das reicht von der Luft- und Lichtdichtigkeit bis hin zur mechanischen Belastbarkeit der Seitenwände und Türen, was uns den Nachweis der mechanischen Absicherung des Roboterarbeitsraums erleichtert.» Im unteren Bereich der Schaltschränke verbaut BFSA einen weiteren, kleineren Rittal-Schaltschrank vom Typ AX, in dem die komplette Steuerung der Station eingebaut ist. Die Tür des grossen Schranks wird mit einer Aussparung versehen, sodass der Bediener ohne Öffnen der Tür auf die Bedienelemente der Steuerung zugreifen kann. Um die weiteren Ausschnitte in Türen und Seitenwänden anzufertigen, stellt BFSA Rittal entsprechende STEP-Dateien zur Verfügung. Dort werden dann die gewünschten Ausschnitte gelasert und die Schränke anschliessend schwarz lackiert. Auch die Zugänglichkeit des Schranks überzeugt Pfeifer: «Mit einem halben Dutzend Schrauben ist die Rückwand abgenommen, vorn bieten die Doppelflügeltüren Zugang über die gesamte Vorderfläche.»

Locker 20 Prozent Zeitersparnis

Markus Pfeifer resümiert: «Anfangs haben wir unsere Lösungen konventionell gebaut, auf einem geschweissten Maschinengestell und einer Haube aus Profilen, Blechen und Plexiglas. Das bedeutete: viele Komponenten für das Gehäuse von mehreren Lieferanten, und damit viel Aufwand in Einkauf, Logistik und Buchhaltung. Bei Rittal kaufe ich genau einen Schrank und bin fertig – das bringt uns locker 20 Prozent Zeitersparnis und mehr. Die Modularität ermöglicht es uns, beim Konstruieren neu zu denken und innovativere Lösungen umzusetzen, die durch die vorhandenen Zertifizierungen des Schranks schneller dokumentiert sind.»  (aru)

Dieser Artikel ist zuerst auf unserem Partnerportal Elektronikpraxis erschienen.

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