Roboter in der Montage: Gemeinsam für den Guss

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Eine Gießerei liefert unter anderem Zylinderkurbelgehäuse aus Guss für die Automobilhersteller. In einer neuen Anlage greifen 25 Roboter ineinander, um die komplexen Kernpakete automatisiert zu erzeugen. Von Laura Schwarzbach

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Die Firma „Neue Halberg-Guss“ produziert und entwickelt mit 2.250 Mitarbeitern an den Standorten Saarbrücken und Leipzig Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderköpfe für industrielle Motoren aus Gusseisen und gegossene Kurbelwellen. Dabei reicht die Produktpalette vom filigranen Dreizylinderblock für PKW bis hin zu großvolumigen V8-Aggregaten für Nutzfahrzeuge. Dazu kommen Lagertunnel aus Sphäroguss sowie Bedplates aus Aluminium. Zu den Kunden zählen deutsche und internationale Automobil- und Nutzfahrzeughersteller wie Volkswagen, Daimler, BMW, Audi, MAN, Scania oder Iveco.
Für die Kurbelraumkernpakete suchte das Unternehmen eine Montage-Automationslösung für das Werk am Standort Saarbrücken.
Bei der gefundenen Lösungen spielen Roboter des Augsburger Roboter- und Anlagenbauers Kuka eine der Hauptrollen: 25 Kuka-Roboter sorgen für einen vollautomatischen Ablauf aller Montageschritte in höchster Präzision. Die Montage der Kernpakete erfolgt dabei parallel auf zwei identischen Anlagen. Also arbeiten hier 50 Roboter gleichzeitig.

Das Roboter-Ensemble

„Als erfahrener und kompetenter Entwicklungspartner begleiten wir unsere Kunden von der Produktidee bis zur Serienreife. Kernpakete so zu konstruieren, dass sie vollautomatisch montiert werden können, ist dabei eine besondere Herausforderung“, erklärt Peter Koch, Projektleiter bei Neue Halberg-Guss. Die roboterbasierte Automatisierung sei dabei die flexibelste, produktivste und qualitativ beste Lösung.
Für die Kurbelraumkernpaket-Montage sollten maximal drei verschiedene Robotergrößen zum Einsatz kommen. Diese mussten zum einen für die harschen Bedingungen in der Gießerei bestens gerüstet sein und zum anderen auch ein platzsparendes und kompaktes Zellenkonzept ermöglichen. Mit ihrem umfangreichen Portfolio an Robotern habe Kuka sowohl für die unterschiedlichsten Arbeitsschritte als auch für das Zusammenspiel der einzelnen Roboter die passenden Lösungen angeboten.
Bei der Gießerei sind insgesamt zwölf KR 300 R2500 ultra F, 11 KR 5 arc und zwei KR 6 R900 sixx im Einsatz und montieren seit 2013 vollautomatisch die Kurbelraumkernpakete.

Wie ein Konzert

Die ersten Roboter im Montageprozess sind die KR-Quantec-Foundry-Roboter. Sie entnehmen zunächst den kompletten Kernsatz, bestehend aus Wassermantel, Ausgleichswellen, Kanalkerne, Wasserpumpenkern, Thermostatkern, Radkern, Kurbelraumkerne und einen Sohlekern aus der Kernschießmaschine und legen diese auf Drehtisch „Nr.1“ und „Nr. 2“ ab. Diese Tische drehen anschließend um 180 Grad zu den kleineren KR-5-arc-Robotern. Im anschließenden „Teil-Montage-und Entgrat-Konzert“ haben dann die flexiblen KR-5-arc- und die KR-Agilus-Roboter ihren Einsatz – sowohl über Kopf, seitlich am Sockel und stehend. Sie entgraten, montieren den Thermostatkern und setzen in höchster Präzision Bohrungskerne an der Wasserpumpe, am Rad- und Kurbelraum, den Wassermantelkern und die Kurbel- und Sohlekerne. Nachdem die beiden Drehtische wieder in die Ursprungsposition zurückgedreht haben, nehmen drei weitere Roboter der KR-Quantec-Serie die Einzelkerne auf und legen sie auf den Drehtisch Nr. 3 teilmontiert ab. Nach einer weiteren 180-Grad-Drehung stellen zwei weitere KR-300-Roboter das nun komplett montierte Paket ab.
Der folgende Roboter entnimmt das Paket und fährt mit ihm unter die stationäre Schraubstation. Nach dem Verschrauben legt ein Sechsachser das Paket auf Drehtisch Nr. 4, der es zu der Schlichtezelle befördert. Dort angekommen, nimmt ein KR 300 das Paket auf und taucht es in Schlichte. Durch Schwenken und Drehen stellt er den gleichmäßigen Auftrag der Schlichte sicher und lässt das Paket anschließend abtropfen.
Da der Schlichtevorgang mit 90 Sekunden länger dauert als die Komplettmontage (60 Sekunden), sind zwei Schlichteroboter gleichzeitig im Einsatz, die so ideale Taktzeiten garantieren. Anschließend wird das geschlichtete Paket zurück auf den Drehtisch Nr. 4 gelegt und um 90 Grad zu einer manuellen Kontrollstation gedreht. Nach Freigabe durch den Werker nimmt der letzte Roboter im Ensemble die Kernpakete auf und legt sie in ein Regal mit acht Plätzen. Sind diese Plätze mit von der Schlichte nassen Kernpaketen befüllt, werden die Regale in den Trockenofen gefahren, bevor die fertigen Produkte ihren Platz in einem Hochregallager einnehmen.

Typen mit Charakter

Mit den KR300-R2500-ultra-F-Robotern setzt Neue Halberg-Guss auf wahre Foundry-Experten. Die Roboter der Produktfamilie KR-Quantec ultra zeichnen sich durch hohe Traglast bei großer Leistungsfähigkeit und schlanker Bauform aus. Ihr idealer Einsatzbereich ist das Handling von schweren Bauteilen und das Bearbeiten mit höchster Genauigkeit. In der Foundry-Ausführung verfügen die Roboter über eine schlagzähe, korrosionsbeständige sowie säure- und laugenresistente Foundry-Hand, die Schmutz und Staub widersteht und kurzfristig Temperaturen von bis zu 180 Grad Celsius aushält.
Die KR-5-arc-Roboter und die KR-Agilus-Modelle bringen hohe Präzision, Flexibilität und Geschwindigkeit in den Montageprozess. Dabei sind diese Robotertypen aus dem Kleinrobotersegment (niedriger Traglastbereich) platzsparend und kommen dem kompakten Zellenkonzept entgegen.

Elf weitere Roboter warten auf Engagement

„Die roboterbasierte Anlage hat bei uns zu einem Produktivitäts- und Qualitätszuwachs von 50 Prozent geführt“, bilanziert Projektleiter Koch. Heute montiert das Roboter-Orchester pro Anlage rund 400 Kernpakete pro Schicht. Die Produktionskosten konnten signifikant gesenkt werden und die roboterbasierte Automationslösung ermöglicht eine gleichbleibend hohe Qualität der montierten Kurbelraumkernpakete. Auf den Anlagen können zwei verschiedene Typen von Kernpaketen ohne Greiferwechsel montiert werden – lediglich ein Programmwechsel ist nötig.
Das Unternehmen und die Mitarbeiter zeigen sich mit der Lösung zufrieden: „Wegen der guten Erfahrungen planen wir eine weitere Anlage mit einem etwas kleinerem Ensemble von insgesamt elf Robotern“, gibt Koch einen Blick in die Zukunft. Auch hier sollen Kuka-Roboter für die Entnahme, das Entgraten, Montieren und Schlichten eingesetzt werden.jbi

Laura Schwarzbach ist Kommunikations­managerin bei Kuka in Gersthofen.

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