Roboter erobern Lackierzelle

Das Unternehmen BJ-Gear entwickelt, produziert und vertreibt Lösungen aus dem Bereich Kraftübertragung. Zum Sortiment des dänischen Anbieters gehören Standard- und vor allem Spezialgetriebe, die nach den individuellen Anforderungen der Kunden hergestellt werden. Bei den Spezialisten aus Skanderborg gehören Änderungen im Produktionsablauf und die Abwicklung von Kleinserien zum Alltag. Kaum zu glauben aber wahr: Noch vor fünf Jahren fertigten die Dänen ihre Jahresproduktion von 25000 High-End-Getrieben in unzähligen Varianten noch ausschließlich manuell. Automatisierung war zu teuer, zu komplex in der Programmierung und brauchte darüber hinaus auch noch immens viel Platz – und war deshalb keine Alternative.

Im Zuge einer allgemeinen Optimierung der Produktion setzte sich das Unternehmen allerdings immer wieder mit dem Thema Automatisierung auseinander. Bjørn Sommer, Plant Manager bei BJ-Gear, beschäftigt sich bereits seit 15 Jahren mit Themen wie „Lean Enterprise“ und „Six Sigma“. Ziele dieser Methoden sind effektive Produktionsprozesse und eine hohe, konstante Qualität. 2005 wurde Sommer dafür ausgewählt, den Aufbau einer neuen Fabrik zu leiten. „Wir wollten alle Herstellungsschritte logisch und effizient anordnen und die Fähigkeiten unserer Mitarbeiter optimal nutzen“, erklärt Sommer. „Dazu brauchten wir eine Lösung, die sich flexibel auf unsere stark variierenden Losgrößen anpassen lässt.“ Das erklärte Ziel war, monotone Handarbeiten zu automatisieren.

Henrik Christensen machte schließlich den Vorschlag, Leichtbauroboterarme des ebenfalls aus Dänemark stammenden Unternehmens Universal Robots in die Produktion zu integrieren. Christensen ist Spezialist für Automatisierungstechnik bei KJV, einem Vertriebspartner von Universal Robots. Die Wahl fiel auf den Roboterarm UR5. Das Modell wiegt lediglich 18 kg, kann aber Lasten bis zu 5 kg bei einer Reichweite von 85 cm tragen. „Das Besondere ist, dass sich der Roboter flexibel programmieren lässt und ohne Schutzzaun in nächster Nähe zum Menschen arbeiten kann“, sagt Christensen. Heute sind vier Roboterarme an unterschiedlichen Produktionsabschnitten bei BJ-Gear im Einsatz. Einer davon arbeitet in einer Kabine, wo er mit einer Spritzpistole fertig montierte Getriebe lackiert.

Für seine Aufgabe ist der Roboter in der Lackierkabine vor einem Förderband mit einer Reihe von Halterungen platziert. Auf jeder Halterung befindet sich ein Getriebe. Setzt sich das Förderband in Bewegung, startet der Roboter mit dem Lackiervorgang. Je nach eingestelltem Programm trägt er mit der angebrachten Spritzpistole eine bestimmte Menge Lack auf jedes einzelne Getriebe auf. Dabei bewegt er sich so, dass er alle Winkel und Ecken des Werkstücks erreicht, die eingefärbt werden müssen. Der sechsgliedrige Knickarmroboter kann dabei seine Gelenke um 360 Grad drehen und so aus vielen verschiedenen Positionen heraus arbeiten.

In der Vergangenheit lackierten zwei Mitarbeiter alle produzierten Getriebe von Hand. Nun wurde einer von ihnen für andere Aufgaben freigestellt. „Ich empfinde es als große Befreiung, dass nun der Roboter die meisten Lackierarbeiten übernehmen kann“, gibt Getriebemonteur Frits Egelund Jensen zu. „Das Geschäft war doch sehr eintönig.“ Nach zehn Jahren in der Lackierkabine hat der Roboter den Arbeitsalltag des Monteurs markant verändert. Jetzt braucht Jensen nur einen kleinen Teil seiner Zeit, um den Roboter für neue Getriebegrößen und -typen zu programmieren und zwischen den verschiedenen Programmen umzuschalten. In der restlichen Zeit ist er mit komplexeren Tätigkeiten in der Getriebemontage beschäftigt.

Fünf Getriebe der gleichen Größe reichen aus, um den Lackiervorgang mit Hilfe des UR5 zeit- und kosteneffektiv zu automatisieren. „Ich konnte mir einfach nicht vorstellen, wie ein Roboter unsere Spezialgetriebe lackieren soll“, blickt Jensen zurück. „Ich hatte noch nie mit Robotern zu tun und war überrascht, wie einfach das ist.“ Mit wenigen Klicks auf dem Touchscreen des Controllers kann der Mitarbeiter dem elektronischen Kollegen den Befehl für die nächste zu lackierende Serie geben. Die unterschiedlichen Programme sind gespeichert und können bei Bedarf abgerufen oder angepasst werden. Die Programmierung selbst erfolgt über eine intuitive Benutzeroberfläche und lässt sich schon nach kurzer Zeit von allen technischen Mitarbeitern eines Unternehmens durchführen. Jensens Kollege Brian Peitersen, der früher auch ausschließlich für die Spritzlackierung zuständig war, bereitet nun den Lackiervorgang für die verschiedenen Serien vor. Er platziert die Getriebe an der Fördereinrichtung und deckt die Stellen ab, die nicht lackiert werden sollen. Und er ist für die Qualitätskontrolle verantwortlich.

Die Automatisierung der Lackierarbeiten hat bei den Dänen zu einer einheitlicheren, hohen Qualität geführt, da der Roboter alle Werkstücke gleich gründlich und präzise lackiert. „Die Roboter sind nicht nur einfach zu installieren und zu programmieren, sondern haben auch den großen Vorteil, dass sie ohne Schutzzaun betrieben werden dürfen“, betont Bjørn Sommer. „Das bedeutet für uns nämlich, dass wir weiterhin die Möglichkeit haben, spezielle Getriebe in derselben Lackierkabine manuell zu lackieren“.

Bisher wird nur jeweils eine Getriebeserie durch die Lackieranlage gefahren, wonach die Mitarbeiter eine neue Serie von Werkstücken in der Förderanlage anordnen. In Kürze soll die Spritzlackierung der Getriebe jedoch noch weiter automatisiert werden, so dass verschiedene Werkstücke ohne Unterbrechung in willkürlicher Reihenfolge lackiert werden können. „Diese Anforderung lösen wir, indem die Mitarbeiter einen Chip auf das Getriebe kleben“, verrät Sommer. Dieser Chip enthält alle Daten für das spezifische Lackierprogramm. Dazu gehören zum Beispiel Größe und Form des Getriebes. Ein in der Förderanlage installierter Chipscanner meldet dem Roboter, mit welchem Programm und in welcher Farbe er das Getriebe lackieren soll. So können die Getriebe sofort am Förderband angebracht werden, wenn sie lackierbereit sind. „Das optimiert den Produktionsfluss und verkürzt die Lieferzeiten“, ist sich Sommer sicher.

Drei weitere Roboter unterstützen die schlanke Produktion bei dem dänischen Hersteller. Die Modelle beladen CNC-Maschinen und sind an Waschanlagen im Einsatz. Oder sie unterstützen so genannte Gratomaten, also Maschinen, die mit einem speziellen Bearbeitungsverfahren Grate oder scharfe Kanten an Zahnrädern entfernen. So kann BJ-Gear heute im Vergleich zu früher in kürzerer Zeit mehr Getriebe bei konstanter Mitarbeiterzahl herstellen. Die Kosten für alle vier Roboter inklusive Installation lagen dabei unter 100000 Euro. Die Investition hat sich bereits nach einem knappen Jahr gerechnet. „Um die Produktion hier in Europa zu erhalten, müssen wir bei konstanten Kosten mehr und schneller produzieren“, stellt Bjørn Sommer klar. Preislich gibt es laut Sommer keine wirklichen Alternativen zu Universal Robots. Und da die Mitarbeiter schon gut mit dem ersten UR-Roboter zurechtkamen, lag es für Sommer auf der Hand, noch weitere Modelle des gleichen Herstellers anzuschaffen.

Neue vollautomatische Multitasking-Maschinen sind meist um ein Vielfaches kostenintensiver als ein UR-Roboter. BJ-Gear hat deswegen die Lebensdauer älterer, aber noch voll funktionsfähiger Maschinen verlängert und daraus mit Hilfe der Roboterarme automatisierte Produktionszellen gemacht. Innerhalb weniger Jahre ist der Anteil der automatisierten Prozesse bei den Dänen stark angewachsen. Ein wachsender Teil der Bearbeitung der Rohlinge erfolgt nun gänzlich unberührt von Menschenhand, bis die fertigen Teile montagebereit sind. Dennoch musste wegen der Roboter kein einziger Arbeitsplatz abgebaut werden. Hier verfolgt der Getriebehersteller eine Philosophie, von der sich so manches Unternehmen eine Scheibe abschneiden könnte. Bjørn Sommer bringt es auf den Punkt: „Die Wertschöpfung für den Kunden ist größer, wenn unsere Mitarbeiter ihre Zeit für Qualitätssicherung, Innovation, Umweltbelange und Dokumentation verwenden.“

Esben H. Østergaard, Chief Technology Officer bei Universal Robots