Individuelle Automatisierung vertikaler Drehmaschinen

Beim Unternehmen Räder-Vogel sorgt eine kundenspezifisch modifizierte Roboterzelle von HALTER CNC Automation für das kontinuierliche Teilehandling an zwei vertikalen Drehmaschinen. Das Projekt zeigt, wie aus einer nahezu standardisierten Lösung eine individuelle Automatisierung wird.

Wenn es rund laufen soll, ist Räder-Vogel in Hamburg-Wilhelmsburg stets die richtige Adresse, denn alle Räder stellen im Einsatz spezifische Anforderungen an Größe, Material und Belastbarkeit. Als Spezialist auf diesem Gebiet entwickelt Räder-Vogel Räder und Rollen u.a. für Flurförderzeuge, die Förder- und Lagertechnik, die Industrie sowie den Handel und das Handwerk. Auf einer Gesamtfläche von knapp 20.000 Quadratmetern stellt das Unternehmen täglich mehr 30.000 Räder mit über 25 verschiedenen Radbelagwerkstoffen her.

„Unsere Produktion ist in drei Bereiche gegliedert. Im Werk 3 ist der Spritzguss sowie Werkzeug- und Formenbau. Hier werden u.a. die Kunststoffteile für unsere Lösungen gespritzt. In Werk 2 befindet sich unsere eigentliche Kernkompetenz, denn dort entstehen die Beläge für unsere Räder und Rollen. In Werk 1 ist schließlich die mechanische Fertigung, in der wir für die Produktion unserer Radkerne an über 30 Dreh- und Bearbeitungszentren jährlich mehr als 8.000 Tonnen Guss sowie Stahl verarbeiten“, erklärt Jan Hoick, Meister Mechanische Fertigung bei Räder-Vogel.

Kurze Durchlaufzeiten durch parallele Fertigung
Zum Maschinenpark in Werk 1 gehören auch zwei vertikale Drehmaschinen vom Typ EMAG VL5i zur Produktion von Radkernen in einer Zweiseitenbearbeitung, wobei auf den beiden autarken Anlagen jeweils eine Seite eines Radkerns gefertigt wird. Das hat aus Sicht von Jan Hoick entscheidende Vorteile: „Durch die parallele Bearbeitung beider Radkernseiten mit einer Bearbeitungszeit von rund 1 Minute je Seite haben wir kurze Span-zu Span-Zeiten, zumal das schnelle Ein- und Ausspannen der Teile maßgeblich die Durchlaufzeiten minimiert, da die Hauptspindeln der Anlagen gleichzeitig als Pickup-Stationen für die Teileaufnahme dienen. Darüber hinaus lassen sich die Maschinen leicht umrüsten, was mitunter mehrmals am Tag der Fall ist.“

Teilautomatisierung mit begrenztem Werkstückpuffer
Die Maschinen verfügen jeweils über ein umlaufendes Förderband für die Materialzuführung und das Ausschleusen der Halbfertig- bzw. Fertigteile. Beide Drehmaschinen waren in der Vergangenheit für die Werkstückübergabe von OP10 auf OP20 mit einer Umsetz- und Wendeeinheit von EMAG miteinander verbunden. Entscheidendes Manko: Das Förderband als Werkstückspeicher der Maschinen hat nur ein begrenztes Fassungsvermögen von maximal acht Teilen. Daher musste permanent ein Mitarbeiter vor Ort sein, um das Band der einen Maschine für OP10 zu beladen und die Fertigteile nach OP20 vom Band der zweiten Maschine zu nehmen.

Robotik rücken verstärkt in den Fokus
„Wir haben schon vor längerer Zeit erkannt, dass nicht allein der Fachpersonalmangel, sondern der Personalmangel allgemein ein zunehmend relevantes Thema wird und uns daher entschieden, die Automatisierung mit Robotern stärker in den Fokus zu rücken. Damit wir in diesem Zusammenhang wichtige Erfahrungen sammeln konnten, entschieden wir uns für die beiden vertikalen Drehmaschinen von EMAG als eines der ersten Automatisierungsprojekte“, sagt Jan Hoick.

Ziel der anvisierten Lösung sollte es sein, den Maschinen automatisiert mehr Teile als bisher für die Zweiseitenbearbeitung bereitzustellen und gleichzeitig den bislang notwendigen Personaleinsatz zu reduzieren. „Wir haben uns daher verschiedene Angebote zu Automatisierungslösungen eingeholt. Letztendlich hat uns die Roboterzelle von HALTER CNC Automation insbesondere aufgrund der einfachen und intuitiv zu bedienenden Steuerungssoftware überzeugt.“

Standardzelle kundenspezifisch modifiziert
Konkret handelt es sich um einen HALTER Turnstacker Premium 25 für das automatisierte Be- und Entladen von Drehmaschinen. bestechend einfache Automatisierungskonzept der Roboterzelle erschließt sich jedem Betrachter quasi auf den ersten Blick. Während der Roboter auf der Vorderseite aus dem individuell konfigurierbaren Werkstückspeicher, in diesem Fall ein Drehtisch mit Stapelstationen, die Rohteile für die Beladung einer Maschine entnimmt, können auf der Rückseite der Zelle die vom Roboter nach der Bearbeitung zurückgelegten Fertigteile entnommen und der Werkstückpuffer mit neuem Rohmaterial bestückt werden.

Für den Einsatz an den Drehmaschinen von EMAG wurde dieses Konzept der Roboterzelle von HALTER CNC Automation jedoch auf die individuellen Wünsche von Räder-Vogel angepasst, wie die Beschreibung von Jan Hoick zu einem typischen Fertigungsablauf verdeutlicht: „Der Roboter bestückt kontinuierlich das Förderband der ersten Maschine mit Rohlingen für OP10. Ist eine Radkernseite bearbeitet, nimmt er das Halbfertigteil vom Band, transportiert es zu einer Umgreifstation und legt es lagerichtig für OP20 auf das Band der zweiten Maschine ab. Der hierdurch jeweils frei werdende Werkstückplatz auf dem Förderband der ersten Maschine wird von dem Roboter erneut mit einem Teil aus dem Rohteilespeicher bestückt. Die Fertigteile gelangen abschließend nicht zurück in den Werkstückspeicher, sondern werden vom Roboter auf einer Europalette für den Abtransport und die Weiterverarbeitung abgelegt.“

Kontinuierlicher Nachschub für die Produktion
Der Drehtisch der Roboterzelle verfügt über insgesamt 12 Stapelstationen, von denen auf der mit einer Trennwand versehenen Zellenrückseite jeweils vier Stationen für die manuelle Beladung erreichbar sind. Hierzu Jan Hoick: „10 Stationen sind permanent mit insgesamt rund 50 Rohlingen bestückt. Zwei Stationen sind nach deren Abarbeitung durch den Roboter somit immer frei für neues Rohmaterial. Der eigentliche Fertigungsprozess kann demnach komplett automatisiert ablaufen, da der Roboter kontinuierlich den Rohteilenachschub für OP10 sicherstellt, für den Teiletransfer zwischen den beiden Maschinen sorgt und zudem nach OP20 die Ablage der Fertigteile übernimmt.“

Die laufende Produktion wird nur unterbrochen, wenn die Fertigteilpalette mit einer Lage an Radkernen gefüllt ist. Dann wird von Hand eine Gummimatte für die nächste Lage aufgelegt, bis letztendlich die maximale Kapazität der Palette erreicht ist.

Mannlose Produktion in der dritten Schicht
Waren in der Vergangenheit ein Maschinenbediener und ein zusätzlicher Produktionshelfer für das Be- und Entladen der Drehmaschinen notwendig, kann sich der Produktionshelfer nun anderen Aufgaben im Werk widmen. dauerhafte Anwesenheit von Mitarbeitern an den Maschinen ist nach Aussagen von Jan Hoick ohnehin nicht mehr erforderlich: „Der noch für eine andere Anlage verantwortliche Maschinenbediener muss jetzt nur gelegentlich den Werkstückpuffer der Roboterzelle mit Rohteilen beladen, damit die Produktion kontinuierlich läuft. Produziert wird in der Regel in drei Schichten. Vor der dritten Schicht bereiten wir zudem den Teilepuffer so weit vor, dass die Anlagen komplett mannlos in die Nacht hinein produzieren können.“

Das System von HALTER CNC Automation wurde im Januar 2023 bei Räder-Vogel installiert. Mit dem gesamten Projektverlauf von der Planung bis zu Realisierung sowie dessen Ergebnisse ist Jan Hoick überaus zufrieden: „Halter hat schnell und flexibel alle unsere Wünsche umgesetzt und auch später auf weitere Anforderungen unsererseits umgehend reagiert, bspw. mit der Anpassung der Roboterkinematiken aufgrund der Umpositionierung der Fertigteilpalette im Produktionsbereich oder der Ablage der Fertigteile auf verschiedenen Palettenebenen. Und auch beim Thema Sicherheit hatte Halter in allen Projektphasen stets ein offenes Auge und ließ keine Wünsche offen.“