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Werker in Führungsposition

Handgeführter Roboter übernimmt Knochenjob in der Gießerei
Werker in Führungsposition

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Automatisierung | Das Reinigen von Gusskokillen mit Trockeneis wird auch heute noch meist von Hand erledigt. Nicht so in der Gießerei des Autobauers BMW im Werk Landshut, wo ein Kuka-Roboter die schwere Arbeit übernommen hat.

Am Standort Landshut fertigen rund 1500 Mitarbeiter der BMW-Group im Jahr etwa 5 Mio. Guss-Komponenten aus Aluminium und Magnesium mit einem Gesamtgewicht von 69 000 t. Zu den Produkten zählen Motorkomponenten wie Zylinderköpfe oder Kurbelgehäuse, aber auch Karosseriestruktur- und Fahrwerkteile. Einmal pro Woche werden die wiederverwendbaren Formen zum Gießen von Metallen und Legierungen, die so genannten Kokillen, in der Gießerei mit Trockeneis gereinigt. Dieses Verfahren ist weder abrasiv noch korrosiv und bietet deswegen den großen Vorteil, dass das zu reinigende Material nicht beschädigt wird. Außerdem bleiben keine Rückstände des Trockeneises zurück.

Trockeneis ist nichts anderes als festes Kohlendioxid. Damit lassen sich auch die komplexen Geometrien von Kokillen beschädigungsfrei und ohne Demontage von Ausrüstungsgegenständen säubern. Bei BMW im Werk in Landshut wurde diese Arbeit bislang manuell erledigt. In Zusammenarbeit mit der Augsburger MRK-Systeme GmbH, einem Systempartner der Kuka Roboter GmbH, wurde nun eine Lösung für das roboterbasierte Trockeneisstrahlen für acht verschiedene Werkzeugtypen entwickelt.
Die 2004 gegründete MRK-Systeme GmbH entwickelt und implementiert mit 14 Mitarbeitern Funktionspakete für die Mensch-Roboter-Kollaboration. Die Systemlösungen kommen vorwiegend bei Automobilisten und deren Zulieferern, aber auch in allen anderen Bereichen der Industrie zum Einsatz. Für die Gießerei des BMW-Werks in Landshut haben die Augsburger zusammen mit dem Unternehmen Cold Jet eine Zelle entwickelt, mit der die Reinigung mit Trockeneis effizienter und effektiver abläuft. Hauptakteur in dieser Anwendung ist ein handgeführter Kuka-Roboter aus der Quantec-Serie.
Durch diese Entwicklung hat sich die Arbeit des Werkers grundlegend geändert. Statt zur Strahlpistole greift er jetzt zum Smartpad, dem Handbediengerät für Roboter von Kuka, und startet das Programm „Smartice“. In den grafischen Bedienmenüs kann er den Kokillentyp festlegen und die Bereiche auf der Gussform auswählen, die gereinigt werden sollen. Diese Bereiche fährt der Werker im Anschluss intuitiv und handgeführt mit dem Roboter ab. Die Arbeit ist nicht schwer, denn der Roboter lässt sich leicht über so genannte Kraft-Momenten-Sensoren bewegen. Nach dieser Einlernphase fährt der Roboter die beschriebene 3D-Bahn automatisch ab und reinigt die Kokille mit dem Trockeneis.
„Der Werker muss den Reinigungsprozess nun nicht mehr direkt durchführen und ist deswegen nicht mehr der Belastung und Verschmutzung ausgesetzt wie das vorher der Fall war“, erklärt Michael Mohre, Leiter Operations bei MRK Systeme. „Auch den Lärm muss er nicht weiterhin ertragen, da er während der Reinigung nicht mehr in der unmittelbaren Nähe sein muss.“ Nach etwa einer halben Stunde ist die Reinigung beendet und die Kokille kann wieder in den Gieß-Produktionsprozess eingeschleust werden. Zugleich wird die nächste zu reinigende Gussform zur Station gebracht.
In der neuen Zelle kommt ein Kuka-Roboter vom Typ KR 210 R3100 F ultra zum Einsatz. Dieses Modell ist speziell für den Einsatz im Gießereiumfeld konzipiert und wurde mit speziellen Schutzpaketen ausgestattet. Hitze, Schmutz, Feuchtigkeit, Sand und Reinigungsmittel können dem stählernen Kollegen nichts anhaben. So ist er bestens gerüstet vor allem für schwere Arbeit, die den Menschen über die Maßen belastet. Zudem ist der Roboter mit einer Sicherheitsschnittstelle und dem Programmpaket „Safe-Operation“ von Kuka ausgestattet. Diese Optionen sind die Basis für das Funktionspaket „Safe-Guiding“ von MRK, mit dem das sichere, intuitive und interaktive Handführen und Programmieren des Roboters erst möglich wird. Mit Hilfe der anwenderspezifischen Bedienoberfläche, die als Plug-In-Software in die Robotersteuerung implementiert ist, lässt sich der Kollege aus Stahl intuitiv bedienen. Der Werker braucht dazu kein Expertenwissen. Auch dann nicht, wenn er die zu reinigenden Freiformflächen der Kokille programmiert.
Für den Autobauer bringt das neue System einige Vorteile mit sich. Zunächst ließ sich durch den Einsatz des Roboters die Gießunterbrechung von drei Stunden auf 30 Minuten drücken, was eine höhere Ausbringung garantiert. Der Roboter ermöglicht zudem eine wiederholgenaue Präparation des Werkzeugs und entlastet den Mitarbeiter. Die zielgenaue Reinigung erhöht zudem die Qualität des Prozesses und nicht zuletzt wird dank der neuen Lösung der Gießplatz weniger verunreinigt.
Schließlich ist der neue Robotereinsatz bei BMW auch der Tatsache geschuldet, dass die Mitarbeiter immer älter werden. Das Reinigen der Gusskokillen ist ein harter Job, der auf die Knochen geht. Einem älteren Werker ist er auf Dauer nicht zuzumuten. Bei BMW sind deswegen schon weitere Applikationen mit der Roboterzelle in Planung. Die Kokillen sollen in Zukunft nicht nur gereinigt werden. Auch das Aufbringen der Keramikschlichte auf die Gussform soll schon bald automatisiert werden. (ub) •

Programmieren durch Vormachen
In Zeiten von Fachkräftemangel, kurzen Produktlebenszyklen und hoher Varianz wird der intelligente und sensitive Roboter immer wichtiger, denn er unterstützt den Menschen bei monotonen und kräftezehrenden Arbeiten.
Schon heute nehmen kollaborative Roboter dem Werker besonders eintönige oder harte Arbeiten ab und verbessern so die Effizienz. Mit dem LBR iiwa (intelligent industrial work assistent), dem weltweit ersten in Serie gefertigten sensitiven Leichtbauroboter für die Industrie, ist der universell einsetzbare „Kollege Roboter“ jetzt Realität. Dank sensitiver Technik ermöglicht er eine reibungslose Mensch-Roboter-Kollaboration, da er seine Handlungen exakt auf den Menschen abstimmt. Und wo kein Zaun die Spielräume einengt, eröffnen sich neue und flexiblere Produktionsprozesse.
Möglich wird die enge Zusammenarbeit von Mensch und Roboter durch die integrierte Sensorik des Modells. Der Leichtbauroboter besitzt in allen sieben Achsgelenken integrierte, feinfühlige Kraft-Momenten-Sensoren. Mit denen erkennt die Maschine einen Kontakt mit dem Menschen, wird nachgiebig und dadurch programmierbar. Der Roboter kann somit empfindliche Teile sicher handhaben, mit exaktem Kraftaufwand montieren sowie Kollisionen und kostspieligen Ausschuss vermeiden. Neben der integrierten Sensorik, die bei Kontakt mit Hindernissen sofort Kraft und Geschwindigkeit reduziert, macht auch das schlanke Aluminiumgehäuse ohne Scher- und Klemmstellen das Modell zu einem sicheren Kollegen. Sonst übliche Zusatzkosten für Sicherheitstechnik und Schutzzäune entfallen.
Das Kuka-Modell lässt sich ohne spezielle Kenntnisse programmieren – einfach durch Vormachen. Dabei führt der Bediener den Roboter von Hand in die gewünschten Positionen, während die Koordinaten der angefahrenen Bahnpunkte im Roboterprogramm gespeichert werden. Auch während des Ablaufs einer Roboterapplikation kann der menschliche Kollege die Bewegungen des Roboters durch Berührungen intuitiv steuern. (ub) •
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