In der modularen Produktionslinie für Antriebseinheiten von Elektrofahrzeugen übernehmen vierzehn ABB-Roboter Montageprozesse und das Materialhandling in der hoch automatisierten Anlage bei GF Casting Solutions Werdohl. (Quelle: Paul Köster)
GF Casting Solutions ist Entwicklungspartner und Hersteller von Gusslösungen sowie additiv gefertigten Komponenten für Kunden aus verschiedenen Branchen auf der ganzen Welt. Als Lösungsanbieter von Leichtbaukomponenten im Mobilitäts- und Energiesegment möchte das Unternehmen der Georg Fischer AG die Entwicklung einer innovativen und nachhaltigen Mobilität mitgestalten. Das Motto dabei: We empower sustainable mobility.
Hohe Anforderungen
Die GF Casting Solutions Werdohl GmbH ist spezialisiert auf das Bearbeiten, Nachbearbeiten und Veredeln von Aluminium-Druckgussteilen für Pkw und Lkw. Hier erhalten unter anderem Gehäuse für Antriebseinheiten für Elektrofahrzeuge den letzten Schliff. Dazu durchlaufen sie die Prozesse Bearbeitung, Reinigung, (Vor-)Montage sowie Dichtheitsprüfung. Mit der durchgängigen Automatisierung und Orchestrierung wurde die Paul Köster GmbH als Anbieter von kundenindividuellen Komplettsystemen mit den Schwerpunkten Dichtheitsprüfung, Montagetechnik und Automation ins Boot geholt. Sie erhielt den Auftrag, statt einer starren Verkettung eine flexible Anlage zu schaffen, die der dynamischen Entwicklung von Elektrofahrzeugen gerecht wird. Insgesamt sollten auf der zu realisierenden Anlage vier verschiedene Gehäusetypen für Elektro-Antriebseinheiten verarbeitet werden. Umgesetzt wurde diese dann mit insgesamt 14 Robotern, 16 Montageoperationen und acht Dichtheitsprüfmaschinen.
Optimale Koordination
Den Mittelpunkt der Anlage bildet eine 50 m lange Linearachse, an der drei ABB-Roboter des Typs IRB 6700 die Beladung der Bearbeitungszentren mit Werkstücken übernehmen. Dabei ermöglicht ein von Paul Köster entwickelter Universalgreifer den Wechsel zwischen unterschiedlichen Bauteiltypen ohne Greiferwechsel. Ein intelligentes Lagersystem mit Pufferplätzen zwischen den einzelnen Zellen sowie insgesamt drei Vertikallifte stellen einen unterbrechungsfreien Materialfluss in der gesamten Anlage sicher. „Die verschiedenen Gehäusevarianten müssen auf einer Linie unterschiedlichen Bearbeitungsschritten zugeführt werden. Da die Maschinen teilweise doppelt belegt sind, ist die Koordination der Taktzeit besonders knifflig“, erklärt Christopher Köster, Geschäftsführer der Paul Köster GmbH. „Grundsätzlich lautete die Herausforderung für unsere Automationsspezialisten: Die richtigen Teile zur richtigen Zeit an den richtigen Ort bringen, um die Gesamtausbringung der Linie zu optimieren.“
Um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten, sind die Anlagenprozesse so ausgelegt, dass beispielsweise in Zelle 1 nicht verfügbare Roboter in eine Parkposition ans Ende des Tracks gebracht werden. So können die verbleibenden Roboter ungehindert weiterarbeiten und den Materialfluss lückenlos aufrechterhalten.
Die Bearbeitungsschwerpunkte und -abläufe in den einzelnen Zellen
An Zelle 1 befinden sich zwei Beladepunkte mit Fördertechnik. Hierlegen die Mitarbeiter Bauteile, beispielsweise Hinterachsgehäuse, auf ein Umlaufband oder in ein Übergaberegal. Dabei zählt die initiale Einschleusung zu den wenigen manuellen Arbeitsschritten in der hoch automatisierten Anlage. Auf der anderen Seite des Übergaberegals werden die Teile wiederum automatisiert durch einen der drei ABB-Roboter vom Typ IRB 6700 entnommen und der passenden Bearbeitungsstation zugeführt. Nach den ersten Bearbeitungsschritten gelangen die Bauteile ins Übergaberegal der Zelle 2, wo sie wiederum vom zweiten IRB 6700 abgeholt werden.
In Zelle 2 finden verschiedene Vormontageoperationen statt. Unter anderem werden die zuvor bearbeiteten Bauteile an einer Reinigungsstation von Kühl- und Schmiermittelresten sowie Metallspänen befreit. Auch die Vormontage diverser Einzelkomponenten erfolgt hier im Zusammenspiel zwischen ABB-Robotern vom Typ IRB 4600 sowie Montagemaschinen von Paul Köster. Nach abgeschlossener Vormontage platziert der nächste Handling-Roboter IRB 6700 die Bauteile zurück ins Übergaberegal, damit sie für die nächsten Bearbeitungsschritte abgeholt werden können.
In Zelle 3 findet die Säuberung statt. Als Erstes werden die Bauteile in einer Industriewaschmaschine gewaschen. Das Handling innerhalb des Waschbereichs übernimmt ein separater ABB-Roboter innerhalb der Zelle der Reinigungsanlage. Da im Waschprozess Wärme auf die Bauteile übertragen wird, lagert ein Handling-Roboter IRB 6700 die gesäuberten Bauteile zum Auskühlen in den zweiten Hochregalspeicher ein. Je nach Bauteiltyp findet anschließend die Montage verschiedener Verschlussstopfen statt. Danach und nach dem Eindrehen von Verschlussschrauben kommen die Bauteile ins Übergaberegal zu Zelle 4.
In Zelle 4 werden die unmontierten Gehäuse auf Dichtheit geprüft und anschließend automatisiert verstiftet. Nach der manuellen Vormontage mit kamerabasierter Überprüfung erfolgt die automatisierte Montage eines Kühlrings. Anschließend wird das Bauteil zur Kühlring-Schraubstation übergeben. Danach geht es in Zelle5 weiter. Dort finden verschiedene Montageschritte statt, unter anderem auch der robotergestützte Dichtmittelauftrag sowie eine Blechdeckelmontage. Nach der Ablage im dritten Vertikallift zum Aushärten des Dichtmittels findet der Übergang zu Zelle 6 statt, wo dann die fertig montierten Bauteile auf Dichtheit geprüft werden.
Die weiteren Zellen mit unterschiedlichen Montagemaschinen folgen dem gleichen Aufbauprinzip mit Robotern und Pufferregal. Nur am Übergabepunkt zwischen Zelle 5 und Zelle 6 ist statt eines Pufferregals ein dritter Vertikalspeicher installiert. Hier werden die fertig bearbeiteten Bauteile erneut temperiert, bevor es an die finale Qualitäts- und Dichtheitsprüfung in Zelle 6 geht. Je nach Status des Bauteils legen Handling-Roboter die Teile auf ein Ausförderband zum Ausschleusen oder führen sie für Nacharbeiten in den Bearbeitungszyklus zurück.