Anwenderbericht : Liebherr Machines setzt auf vollautomatische Teilprozesse

Liebherr Machines Bulle SA hat sein Produktspektrum von Motor-Zylinderköpfen ausgebaut: Immer mehr Kunden benötigen individuelle Anpassungen der einstigen Standards, so dass die Variantenvielfalt deutlich wuchs. Was anfänglich noch über eine manuelle Montage abzufedern war, sollte mit steigernder Nachfrage in einen automatisierten Prozess überführt werden. Der manuelle Aufwand, die ergonomische Belastung der Mitarbeiter, mögliche Gefahren im Umgang mit Flüssigstickstoff und der dringende Personalbedarf an anderen Stellen der Produktion sprachen für eine vollautomatisierte Lösung. Vierzehn Zylinderkopfvarianten sind bereits jetzt im Programm, Tendenz steigend.

Insys Industriesysteme aus Münsingen hat den Ball aufgenommen und eine Roboterzelle entwickelt, mit der vom Start weg vierzehn Zylinderkopfvarianten vollautomatisch mit Ventilführungen und Ventilsitzringe bestückt werden können. Der Bediener stellt lediglich die Zylinderköpfe auf Paletten bereit und scannt den Auftrag. Alles andere erledigt die Anlage: Die Zylinderköpfe werden einzeln per Roboter depalettiert, auf Werkstückträgerpaletten platziert und einer Einpressstation zugeführt. Ein weiterer Roboter übernimmt die Zuführung der auf -200° C abgekühlten Ventilführungen und Ventilsitze. Er entnimmt die Teile aus einem Kühlsystem und platziert sie präzise im Zylinderkopf, wo sie mithilfe unterschiedlicher Einpresswerkzeuge bei einem Druck von bis zu 1 t eingepresst werden. Pro Zylinderkopf sind acht Teile zu montieren, mal von einer, mal von zwei Seiten, wofür der Zylinderkopf gewendet wird. Zuletzt wird der fertig bestückte Zylinderkopf von der Werkstückträgerpalette entnommen und abgelegt. Die Taktzeit für einen kompletten Zyklus liegt 15 % unter dem ursprünglich von Liebherr geforderten Wert.

Aus Sicht von Urs Künzi, Applikationsingenieur und Projektleiter bei der Insys Industriesysteme, war vor allem die hohe Varianz eine Herausforderung: „Wir lösen das Handling der unterschiedlichen Zuführteile in einem Durchmesserspektrum zwischen 40 und 50 mm mit einem einzigen Backensatz, also ohne jeglichen Backenwechsel.“ Vielzahngeführte PGN-plus Universalgreifer von Schunk gewährleisten dabei eine dauerhaft hohe Prozesssicherheit. Mit den permanenten Temperaturschwankungen kommen die Parallelgreifer gut zurecht, zumal sich die Kälte über die großen Flächen der Greiferfinger schnell verflüchtigt. „Die Teile lösen sich sehr gut von der Backe“, berichtet der Automationsspezialist.

Für das Handling der Zylinderköpfe hat Insys ein zweistufiges Prinzip gewählt: Die Depalettierung und Palettierung der unterschiedlichen Zylinderkopfvarianten mit einem Gewicht zwischen 20 und 25 kg übernehmen zunächst zwei Schunk EGM Magnetgreifer. Anschließend werden die Zylinderköpfe auf variantenspezifischen Werkstückträgerpaletten platziert und mithilfe der Roboterkupplung Schunk NSR-A der Einpressstation zugeführt. Der Grund für das zweistufige Handling: Um die eng gepackten Komponenten zu depalettieren ist kein Zugriff von außen möglich. Auch die Bohrungen der Zylinderköpfe sind für Greiferfinger tabu. „Wir haben gefräste Flächen und ferromagnetische Teile. Da bot sich der Magnetgreifer an“, berichtet Künzi. Gemeinsam mit Schunk wurden in der Projektierungsphase Versuche gefahren, um zu prüfen, ob sowohl die reinen Haltekräfte als auch die Schiebekräfte beim Beschleunigen und Bremsen ausreichen. Das Ergebnis der Versuche war überzeugend.

Die kompakten Schunk Monopol-Greifer sind regelrechte Kraftpakete: Die mittlere Baugröße, die bei Liebherr zum Einsatz kommt, ist bereits für Nutzlasten bis 32 kg ausgelegt. Da die Magnetfläche bis zum äußeren Rand reicht, ist keinerlei Störkontur zu berücksichtigen. Die Greifer können beliebig auf Werkstücken positioniert und flexibel zu größeren Einheiten kombiniert werden. Die Greifer arbeiten mit energieeffizienten Elektropermanentmagneten. Lediglich zum Aktivieren und Deaktivieren ist für die Dauer von 300 ms ein Stromimpuls nötig. Ansonsten ist keinerlei Energiezufuhr erforderlich. Auch bei einem Not-Aus oder einem plötzlichen Stromausfall bleiben die Teile zuverlässig gegriffen.

Unmittelbar nach der Depalettierung wird der Zylinderkopf per Magnetgreifer und mit Unterstützung einer Kamera auf einer Werkstückträgerpalette platziert. Über die Roboterkupplung NSR-A wird die Trägerpalette schließlich mit dem Roboter gekoppelt und in die Einpressstation navigiert. Die kompakte Roboterkupplung hatte sich bei Liebherr bereits in Werkzeugmaschinen bewährt. In der Einpressstation ging Insys noch einen Schritt weiter: Statt die Paletten mit den Zylinderköpfen zunächst im Nullpunktspannsystem zu spannen, werden sie im gesamten Prozessverlauf ausschließlich vom Roboter positioniert und fixiert. Im laufenden Betrieb bei Liebherr hat sich die Anlage bestens bewährt. Der Prozess funktioniert störungsfrei. Die Schweizer können nun jede Type nacheinander produzieren, ohne manuellen Aufwand und ohne dass Rüst- oder Stillstandzeiten entstehen.