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Robotergestützte Schleifzelle für Handmesser

Automatisierung
Robotergestützte Schleifzelle für Handmesser

Das automatische Schleifen von Messern ist eine knifflige Sache. Doch mit der Expertise eines erfahrenen Systemintegrators und dem Einsatz von Robotern des Herstellers Stäubli ist der Bau einer wegweisenden Schleif- und Polierzelle für Handmesser dann doch gelungen.

» Ralf Högel ist Journalist in Stadtbergen

Wie wichtig perfekt geschliffene Handmesser in der Fleischverarbeitung sind, lässt sich einfach an Zahlen festmachen. Messer, die durch eine automatische Bearbeitung den optimalen Schliff haben, steigern die Fleischausbeute um bis zu 0,5 % gegenüber dem Handschliff. Bei 10.000 t Fleischproduktion bedeutet das eine um 50.000 kg höhere Ausbeute.

So ist es kein Wunder, dass sich die Knecht Maschinenbau GmbH mit Sitz in Bergatreute in der Nähe von Ravensburg als Technologieführer im Bereich vollautomatischer Schleifmaschinen für die Lebensmittelherstellung permanent damit beschäftigt, bestehende Prozesse weiter zu optimieren. Die Aufgabenstellung, mit der sich Knecht an den Systemintegrator Glaess Software & Automation in Weingarten wandte, war die Neukonzeptionierung einer roboterbasierenden Schleifanlage. Die bisher eingesetzten Vierachs-Portale sollten hinsichtlich Qualität und Flexibilität verbessert werden.

Auf den ersten Blick keine allzu große Herausforderung, denn schließlich schleifen Roboter künstliche Hüftgelenke ebenso wie Schneidmesser für Haar- und Bartschneider. Warum aber gerade das Schleifen von Handmessern seine Tücken hat, bringt Jürgen Zeiner, technischer Geschäftsführer bei Glaess Software & Automation auf den Punkt: „Jedes Messer hat eine individuelle Kontur, die sich auch durch die Benutzung verändert. Das heißt, dass wir nicht hundertprozentig identische Neuware mit dem immer gleichen Prozess schleifen, sondern wir bearbeiten Handmesser mit Losgröße eins.“ Aus Sicht der Automatisierungstechnik ist das eine komplett andere Liga, denn bei jedem einzelnen Messer muss zunächst die Klingenkontur vermessen werden. Die dabei erfassten Daten sind die Basis für das individuelle Fahrprogramm des Roboters.

Nachdem sich das Konzept als realisierbar erwiesen hatte, stellte sich die Frage, welcher Sechsachsroboter diese Aufgabe übernehmen kann. „In dieser Anwendung brauchen wir einen Roboter mit hoher Systemsteifigkeit, der eine gute Bahntreue und Genauigkeit erreicht“, so Zeiner. „Und weil es sich um einen Nassschleifprozess handelt, ist zudem eine hohe Schutzklasse gefordert.“ Diese Anforderungen sind für die Baureihe TX2 des Herstellers Stäubli kein Problem. Mit dem Sechsachser TX2–90 steht ein Modell bereit, das exakt die nötigen Leistungsdaten, Traglasten und Reichweiten mitbringt. Deshalb fiel Zeiner die Wahl leicht. „Zusätzlich zeichnen sich die Roboter von Stäubli generell durch einen geringen Wartungsaufwand bei hoher Lebenserwartung aus. Deshalb verwenden wir sie häufig in unseren Projekten.“

Der von den Experten aus Weingarten entwickelte Prozess, den Knecht mit der Maschinenbaureihe E 50 RT umgesetzt hat, startet mit der Konturerfassung. Dabei greift der Roboter ein Messer aus dem Magazin und führt es in einer linearen Bewegung an einer Laser-Messstation vorbei. Die erfassten Positionsdaten werden parallel zum Prozess an die SPS übergeben und dort zusammen mit den Messdaten des Sensors zwischengespeichert. Diese Daten bilden das Fahrprofil für den Roboter. Dabei wurde noch eine Feinheit eingebaut, um die Genauigkeit der gemessenen Kontur zusätzlich zu steigern. „Das letzte Stück der Klinge enthält die größte Winkeländerung“, so Zeiner. „An dieser Stelle reduzieren wir die Vorbeifahrgeschwindigkeit, um den Ist-Zustand exakt zu erfassen und die ursprüngliche Messerform bei jedem Nachschliff zu erhalten.“

Im zweiten Schritt führt der Roboter das Messer formgenau durch die Schleifkörper mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,03 mm. Dabei werden die generierten Konturinformationen entlang der Klinge verteilt. Um die Bahn optimal abfahren zu können, verwenden die Programmierer ein spezielles Softwarepaket, das im Programmiersprachen-Paket VAL3 von Stäubli enthalten ist. Mit diesem Tool lässt sich die gesamte Bahn entlang eines definierten Arbeitspunktes auf dem Schleifband abfahren.

Seine endgültige Schärfe erhält das Messer beim nachfolgenden Entgraten und Polieren, das schnell und schonend simultan von beiden Seiten erfolgt. Schließlich durchdringt das Messer ein Testmedium. Die dabei gemessene Schärfe wird auf dem Display angezeigt. Sämtliche Prozesse werden nacheinander abgearbeitet, ohne dass der Roboter dabei das Messer ablegt. Optional kann der Anwender die Schleifzelle mit einer Station zur Schärfeprüfung bestellen, die ebenfalls voll automatisch und robotergeführt abläuft.

Neben der guten Wiederholgenauigkeit und der bei Schleifprozessen erforderlichen hohen Steifigkeit erweist sich bei dieser Applikation die Stäubli-typische Kapselung des Roboters als vorteilhaft. Für das Arbeiten unter Schleifstaub und Kühlmedium ist der TX2–90 in der HE-Ausführung (HE steht für Humid Environment) mit Schutzart IP65 und einem innenliegenden Schlauchpaket gut gerüstet.

Die Schleifzelle hat eine Leistung von maximal 680 Handmessern pro Acht-Stunden-Schicht, je nach Messerform und Größe. Das ist dank der hohen Dynamik des Roboters um den Faktor 1,5 schneller als die Vierachs-Maschinen von Knecht. Das Messermagazin der Maschine besteht aus zwei Trommeln und bietet Platz für insgesamt 576 Messer. Es lässt sich während des Arbeitsprozesses bestücken, sodass keine Stillstandszeiten entstehen. Da jedes Messer vor dem Schleifprozess individuell vermessen wird, können die Magazine Messer in unterschiedlicher Form und Größe enthalten.

Wichtiger als der hohe Durchsatz ist aus Sicht von Knecht und der Anwender aus der fleischverarbeitenden Industrie die hohe, reproduzierbare Qualität des Schleifprozesses. „Das Messer wird perfekt nachgeschliffen, ohne dabei seine individuelle Kontur zu verlieren“, versichert Zeiner. So wunder es nicht, dass die Maschinen mit dem Sechsachsroboter als zentrales Handling-Werkzeug gut angenommen werden. Bei Knecht sind bereits weitere Anlagentypen in Planung, die ebenfalls mit Stäubli-Robotern vollständig automatisiert sein werden.

Kontakt:
Stäubli Tec-Systems GmbH
Theodor-Schmidt-Straße 19/25
95448 Bayreuth
www.staubli.com



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