Vollautomatisch Führungshülsen für Kopfstützen montieren

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Automobilzulieferer Ros setzt bei der Fertigung von Kunststoffführungshülsen für die Kopfstützenverstellung eines SUV auf Motoman Roboter von Yaskawa.

Die Montage von Kunststoffführungshülsen für die Kopfstützenverstellung der SUV-Baureihen eines deutschen Premiumherstellers stellt hohe Ansprüche an die Automation. Der Auto­mobilzulieferer Ros setzt deshalb auf eine in Eigenregie konzipierte Anlage, in der zwei schnelle 6-Achs-Roboter ihre Arbeit verrichten.

Christopher Lamprecht, Fertigungsplaner bei Ros und Projektverantwortlicher der Anlage Foto: Ralf Högel

Das fränkische Familienunternehmen Ros, das innerhalb der Ros Firmengruppe rund 550 Mitarbeiter in fünf Werken beschäftigt, zählt zu den renommierten Herstellern­ maßgeschneiderter Kunststoffteile in den Branchen Automotive, Medizin- und Elektrotechnik. Rund 250 Mio. Teile produziert das Unternehmen jährlich und setzt dabei auf eine überdurchschnittlich hohe Fertigungs­tiefe.

Das gilt auch für die Führungshülsen der Kopfstützen, die in Ummerstadt komplett im Spritzgießverfahren produziert und anschließend montiert werden. Diese Führungshülsen unterscheiden sich je nach Fahrzeugmodell sowie ihrer Verwendung im Fahrer-, Beifahrer- oder Rücksitz in wesentlichen Details. Insgesamt produziert Ros acht unterschiedliche Varianten, mit denen die gerade in Betrieb genommene Montageanlage zurechtkommen muss. Zwei Yaskawa Roboter des Typs Motoman MH5LS und Moto­man MH12, ein Rundschalttisch mit acht Stationen, diverse Zuführsysteme und jede Menge Sensorik bilden die Basis für die hochflexible Rundtaktanlage.

Rundschalttisch mit dynamischen Robotern

Die Verstellhülse besteht im Wesentlichen aus drei Kunststoff­teilen: einer Führungshülse, einer Taste samt Querstange und Feder sowie einer Kappe. Die eigentliche Herausforderung bei der Montage­ dieser Einzelteile bringt Christopher Lamprecht, Fertigungsplaner bei Ros und Projektverantwortlicher für diese Anlage, auf den Punkt: „Um die hohe Nachfrage erfüllen zu können, müssen wir je nach Variante einen Output von mehreren Hundert Teilen in der Stunde erreichen. Deshalb haben wir uns für ein Konzept mit Rundschalttisch und zwei dynamischen Robotern entschieden, das uns eine Gesamtverfügbarkeit auf höchstem Niveau garantiert.“

Der Roboter fährt mit dem Teil ein stationäres Visionsystem an, das die Teilenummer einliest. Foto: Ralf Högel

Die Montage beginnt mit der Zuführung der Führungshülse, die durch einen Rütteltopf vereinzelt über ein Linearsystem die Übergabeposition erreicht. Hier erfasst ein Kamerasystem die Position der Hülse, übermittelt diese Daten an den Yaskawa-Roboter, der das Teil dann abgreift und zu einen zweiten Visionsystem fährt, das die Teilenummer liest und auf Plausibilität prüft. Danach legt der 6-Achser des Typs MH5LS die Hülse schnell und präzise im Werkstückträger der Rundtaktanlage ab.

Sofort taktet der Rundschalttisch weiter zu Station zwei. Hier steht das pneumatische „Einschießen“ der Tasten-Rückstellfedern auf dem Programm, ehe an Station drei ein weiteres Visionsystem die korrekte Lage und Positionierung der Federn überprüft. Die Arbeitsinhalte der Station vier bestehen aus der Zuführung der Taste und der Montage der Querstange. Nach Passieren der Leerstation fünf erfolgt an Station sechs eine zweite­ integrierte QS-Prüfung, bei der eine Reihe von Merkmalen kontrolliert wird.

Abschließend nimmt der zweite Yaskawa-6-Achser an Station sieben die Montage der Kappe vor. Dazu holt der MH12 mit seinem Vakuumgreifer eine Kappe ab und montiert diese einem ausgeklügelten Bewegungsmuster folgend auf die Hülse. Bei diesem Prozess, bei dem die Kappe in einem bestimmten Winkel angesetzt werden muss, um sie dann gefühlvoll einzurasten, muss der Roboter mit äußerster Präzision zu Werke gehen.

Ähnlich hohe Anforderungen bestehen an der darauffolgenden Station, an welcher der Roboter die komplett montierte Verriegelungshülse greift und über eine Rutsche ausschleust. Auch hier ist der Roboter in Sachen Präzision und Bahntreue gefordert, wie Lamprecht betont: „Die Entnahme des Fertigteils aus dem Werkstückträger gestaltet sich deshalb schwierig, weil die Hülse in einem bestimmten Winkel zum horizontal liegenden Kopf steht.

Der Roboter kann das Teil also nicht einfach vertikal nach oben aus dem Werkstückträger ziehen, sondern muss bei seinem Bahnverlauf die Schrägstellung der Hülse berücksichtigen, die je nach Bauteilvariante um bis zu 13 Grad variiert. Dank seines ausgezeichneten Bahnverhaltens erledigt der MH12 diese Aufgabe schnell und präzise, so dass wir die Taktzeiten einhalten können.“

Bei der Montage der Kappe muss der Yaskawa 6-Achser einem ausgeklügelten Bewegungsmuster folgen. Foto: Ralf Högel

Kommunikation über Profinet

Dass sich die Verantwortlichen bei Ros für Yaskawa als Roboterlieferanten entschieden, hat mehrere Gründe: Erstens hat man im Unternehmen bereits positive Erfahrungen mit den japanischen Robotern gesammelt und sieht deshalb keine Veranlassung, etwas­ an der Single-Sourcing-Strategie zu ändern. „Des Weiteren sprachen die gute Wiederholgenauigkeit der Roboter, ihre Geschwindigkeit sowie die einfache Anbindung an Bildverarbeitungssysteme über Profinet für die Entscheidung pro Yaskawa“, verrät Lamprecht.

Auch steuerungs- und kommunikationstechnisch ist die Anlage­ auf der Höhe der Zeit. Auf eine konventionelle Verdrahtung wurde zugunsten der Kommunikation über Profinet verzichtet, was den Aufwand signifikant reduzierte. Sämtliche Werkstückträger sind mit einem RFID-Chip ausgestattet, was unter anderem deren Identifikation enorm erleichtert. Ein wichtiger Aspekt, denn für die Montage der acht Hülsenvarianten sind immerhin mehrere unterschiedliche Werkstückträgerausführungen erforderlich. Über RFID lässt sich sehr einfach sicherstellen, dass sich die passende Aufnahme für die ange­wählte Bauteilvariante auf dem Rundschalttisch befindet. Positi­ver Nebeneffekt: Auf dem Chip sind auch die Daten jedes Montageschritts gespeichert. Auch die Bedienmannschaft kommt mit der Anlage bestens zurecht.

Das Greifsystem besteht aus einem Vakuumgreifer sowie einem mechanischen Zwei-Backen-Greifer. Foto: Ralf Högel

Montageprozess läuft vollautomatisch

Während die Be- und Entladung weitgehend manuell erfolgt, laufen alle Montageschritte vollautomatisch ab. Der Betrieb der Anlage ist denkbar einfach, der Bediener wählt dazu an der Steuerung die entsprechende Vari­ante und startet den Montage­prozess. Ein Falschteil würde die Anlage sofort erkennen und den Montageprozess stoppen. Die in Eigenregie konzipierte und realisierte Anlage erfüllt demnach sämtliche Vorgaben des Lastenhefts.

„Die Anlage erreicht die geforderten Taktzeiten, besitzt die nötige Flexibilität für die Montage aller Varianten, baut sehr kompakt, so dass wir mit geringer Stellfläche auskommen, und verfügt über erstklassige Komponenten, darunter die beiden Yaskawa Roboter, die hohe Performance und Verfügbarkeit garantieren. Das alles ohne die Kosten für externes Engineering – was wollen wir mehr“, resümiert Lamprecht.

Ralf Högel

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