Licht im Dschungel der Systeme

Welches Feedersystem eignet sich für welche Anwendung? Derk Clark, Vertriebsleiter beim Handlingspezialisten Strothmann, gibt einen generellen Überblick und schafft so Licht im Dschungel der Systeme.

12. Juni 2008

»Am Markt gibt es kontroverse Diskussionen über den effektiven Einsatz herkömmlicher Roboter, klassischer Linearfeeder und von Transfersystemen bei der Massenbeschickung von Pressen. Die Lebensdauer einer Pressenstraße liegt bei circa 30 Jahren, in denen sie typischerweise circa dreimal automatisiert wird. Das Transfersystem muss sowohl in kleinen und großen Pressenlücken einsetzbar sein als auch bei der Produktion von Sonderteilen, vom Aschenbecher bis zum kompletten Seitenflügel eines Kombis. Bei großen Teilen, schnellen Linien und großen Pressenabständen ist die Feeder- Automatisierung nach wie vor eine attraktive Lösung«, erklärt Derek Clark, Vertriebsleiter beim Handlingspezialisten Strothmann. Am Kundentag sprach er über Aspekte der Praxistauglichkeit und Flexibilität der Feeder im Alltagsgeschäft, wie Pressumfeld, Bewegungsabläufe, Transportbeschleunigungen, die Möglichkeit des automatischen Toolingwechsels, und ihre Umsetzung bei Strothmann-Technologien. »Denn wenn man etwas Gutes macht, muss man darüber auch berichten«, so Clark.

Zentraleeder im Vergleich

Für das Handling im Pressenzwischenraum sind bei einer herkömmlichen Feederautomatisierung zwei Liniearroboter und eine Orientierstation erforderlich. Durch den hohen Maschinenbestand pro Pressenlücke und dreifaches Tooling steigen die Investitions- und Betriebskosten. Die Doppelfeederlösung hat dabei natürlich den Vorteil, dass die Feeder nur die halbe Strecke in der Pressenlücke zurücklegen müssen und sich dadurch, gerade bei großen Pressenabständen einen Zeitvorteil und damit eine höhere Teileausbringung sichern, die den erhöhten Investitionsaufwand wieder neutralisiert. Neue Konzeptionen zeigen, dass ein einziger Feeder pro Pressenlücke, der die Blechteile innerhalb des Verfahrwegs selbst orientiert und lagerichtig in die Presse einlegt, gerade bei kleinsten Pressenabständen, effizienter arbeiten kann als Doppelfeeder oder Knickarmroboter. »Mit den linearen, überlagerten Bewegungsabläufen hat dieser Feedertyp einen gravierenden Zeitvorteil gegenüber herkömmlichen Robotern «, erklärt Clark.

Allgemeine Eckdaten

Die im Folgenden beschriebenen Feederkonzepte werden unter Realbedingungen betrachtet. Sie sollen in einem Pressenmittenabstand von 6.000 mm ohne Zwischenablage operieren. Die kalkulierte Ausbringung von Platinen mit den Maßen 4 x 1,8 m beträgt 12 Teile pro Minute und kann nicht von allen Feedertypen problemlos erfüllt werden. Die Feeder besitzen vier Achsen; eine fünfte oder sechste Achse kann für weitere Operationen optional integriert werden.

Eingelenk-Feeder

Der Eingelenk-Feeder besitzt eine rotierende Achse, die in beide Richtungen, horizontal sowie vertikal, verfahrbar ist. Am Tooling-Werkzeug befindet sich ein Drehgelenk. Der Bewegungsablauf gestaltet sich schwierig: Es muss beachtet werden, dass es zu Kollisionen mit dem oberen Werkzeugbereich kommen kann. Um das zu verhindern, muss aufgrund der langen Drehachse die Platine früh schräg gestellt werden. Geschwindigkeit und Beschleunigungsvermögen der bewegten Massen sind aufgrund der Schwungkraft des Eingelenk- Feeders sehr hoch. Ein automatischer Toolingwechsel ist mit dem Eingelenk-Feeder generell möglich.

Gelenkarm-Feeder

Der Vier-Achsen-Gelenkarm- Feeder ist ein Linearroboter mit horizontalem Verfahrweg, der einen harmonischen Bewegungsablauf bietet. Für eine optimale Taktzeit gestaltet sich die Programmierung der Bewegung allerdings aufwendig. Mit dem Einsatz dieses Feeders werden Geschwindigkeiten auf der Horizontalachse bis zu 3 m/s und auf der Vertikalachse bis zu 5 m/s erreicht. Die Beschleunigungswerte der Vertikalachse bis zu 15 m/s2 und der Z-Achse bis zu 6,5 m/s2 liegen im unkritischen Bereich. Beim Gelenkarm-Feeder ist ein automatischer Toolingwechsel auch vertikal möglich. Aufgrund des horizontalen Verfahrwegs benötigt der Roboterarm mindestens 1.000 mm Pressenhub. Was bedeutet das? »Die Geometrie und die Freiheitsgrade des Gelenkarm-Feeders sind für den Pressenabstand, der kleiner als 6.500 mm ist, eher ungeeignet, weil Kollisionen mit dem Oberwerkzeug denkbar sind«, so Clark.

Swingarm-Feeder

Der Swingarm-Feeder mit Spinnengelenk ist ein Linearroboter mit rotierender Linearachse und horizontalem Verfahrweg. Bei engen Pressenabständen gestaltet sich die Programmierung des Bewegungsablaufes und der Rotationen kompliziert. Der Feeder ist für einen geringen Pressenabstand nicht geeignet, wenn nicht der Gelenkarm teleskopierend ausgeführt wird. Eine Ergänzung um eine Vertikalachse würde sich als sinnvoll erweisen. Auch mit dem Swingarm-Feeder ist ein vertikaler Toolingwechsel möglich. Die mitfahrende Horizontalachse erreicht Endgeschwindigkeiten von 1,8 m/s und die mitfahrende Vertikalachse von 5,5 m/s. »Die Beschleunigungswerte bis zu 22 m/s2 in der Vertikalachse und bis 15 m/ s2 in der z-Achse sind kritisch«, berichtet Clark. Das bedeutet hier, dass zum Beispiel ein plötzliches Stoppen zu Komplikationen führen kann, da die lange Drehachse mit dem Werkzeug kollidieren kann.

4-Achs-Gelenk-Feeder

Die Besonderheit der Baureihe des Vier-Achs-Gelenk-Feeders ist eine traversierende y-Achse, die eine hohe Vertikalgeschwindigkeit sowie eine Flexibilität beim Handling ermöglicht. Die traversierende Achse steht senkrecht, wobei der teleskopierende Arm seitlich angebracht ist und nicht weiter ausbaut. Die hohen Beschleunigungswerte (az: 22 m/s2; ay: 17 m/s2) gehören dem kritischen Bereich dieses Feeder- Typs an. Seine Maximalgeschwindigkeit horizontal beträgt 2 m/s (vertikal 4,5 m/s). Der Vier-Achs- traversierende Feeder ist für den geringen Pressenabstand von 6.000 mm geeignet. Bei großen Pressenabständen ist eine zusätzliche Horizontalachse sinnvoll. »Aber die Bauhöhe des Feeders in der Presse ist nicht geeignet für unseren Zweck«, erklärt Clark. Dadurch ist hier ein automatischer Toolingwechsel nur eingeschränkt möglich.

Der »Feederplus«

»Feederplus vereint die Vorteile von Linear- und Knickarmrobotern «, so das Unternehmen. Der Feederplus führt line are Bewegungen aus und kann dank zusätzlich rotierender Achsen die Formteile während des Transfers von Presse zu Presse in verschiedene Richtungen orientieren. Dieser Feeder besitzt durch seine fünf bzw. sechs Achsen die notwendigen Freiheitsgerade. Der Bewegungsablauf, mit dem der Feeder 12 Teile pro Minute ausbringt, lässt sich einfach und überschaubar realisieren. »Die Ursprünge von Strothmann liegen in der reinen Feeder-Konzeption, die mit Robotern kombiniert werden kann. Mit dem neu entwickelten Linearroboter Feederplus sind wir zu diesen Wurzeln zurückgekehrt und haben die Vorteile beider Konzepte zusammengeführt: Es ist naheliegend, die Orientierung des Roboterarms unmittelbar am Feeder vorzunehmen«, erklärt Clark die Entwicklungslinie des Unternehmens. Der Feederplus besitzt einen horizontal rotierenden Schwenkarm, an dem sich ein Getriebe befindet. Geschwindigkeit und Beschleunigung liegen in einem sehr günstigen Bereich: Mit dem Einsatz dieses Feeders, der ab einem Pressenmittenabstand von 6.000 mm geeignet ist, erreichen die Horizontalachsen Endgeschwindigkeiten von 1 m/s (vx) bzw. 5 m/s (vy). Die Beschleunigungswerte betragen bei diesen Achsen bis zu 4,5 m/s2 (ax) bzw. (ay). »Also alles ›im grünen Bereich‹, um hier auch Material schonend zu fahren«, meint Clark. Für die Beschaffung einer Minimalausstattung des Feederplus braucht der Nutzer überwiegend einfache Bauteile.

Toolingwechsel

Die Anbindung an das Tooling wird über einen Crossbar mit Sattel oder Adapter für Roboter- Tooling geregelt. Das auswechselbare Spinnengelenk mit Saugbalken transportiert das Teil linear von Presse zu Presse. Ein vollautomatisches Tooling-System macht optional den manuellen Toolingwechsel überflüssig. Neu ist dabei die automatisch abnehmbare Crossbar-Toolingbrücke: Während der Toolingwechsel bisher manuell erfolgte oder der gesamte Crossbar zwischen den Robotern abgehängt und oft durch einen kompletten zweiten samt Toolingträger ersetzt wurde, wird nun nur noch die aufliegende Brücke abgenommen und ausgetauscht. Und dies geschieht automatisch. Das ausgewechselte Tooling kann entweder an das Werkzeug der Presse gehängt, auf ein Transport-Shuttle abgelegt werden, das es dann aus der Pressenlücke fährt, oder der Feederplus stellt das Tooling zwischen die Pressenständer auf ein Drehgestell, wo es der Bediener für den nächsten Werkzeugsatz wieder einrüstet.

Die Steuerung

Der Feederplus wird wie ein ganz normaler Roboter programmiert und lässt bei modernen, geregelten Pressen eine bessere Synchronisation und höhere Taktzeiten zu. Er ist aber auch ein Roboter, der sich für die Nach- oder Austauschausrüstung von alten Pressen eignet. Dazu liefert zum Beispiel Siemens mit seiner Simotion-Steuerung die Basis. Mit spezieller Kurvenscheibensoftware werden Produktionszeit und die Anzahl der Hübe berechnet. »Das müssen wir schon deshalb machen, weil wir dem Kunden schon vor der Auftragsvergabe der Fertigstellung Auskunft über die Produktivität der Linie geben«, erklärt Clark. Die Steuerung ist eine wesentliche Komponente und für den Systemlieferanten Strothmann wichtig. Ohne Steuerungs- Know-how taugt der ganze Feeder nichts«, meint Clarc. Fazit: Die langsamste Presse gibt den Takt an und bestimmt damit die nächsten Pressenstufen. Um den gesamten Rhythmus der Presse zu koordinieren, muss der Master der Presse das Gesamte im Blick haben. Von einer »überlappenden Fahrweise« ist die Rede, wenn die einzelnen Vorgänge der Ein- und Austragung nicht strikt nacheinander passieren, sondern ineinander übergreifen. »Dazu benötigen wir aber geregelte Pressen, die wir bei Nachrüstungsautomatisierungen nicht unbedingt antreffen. Die Steuerung wird dann in ›alter Manier‹ ausgeführt, was dann etwas auf die Taktzeit drückt«, so Clarc abschließend.

Know How

Hochbewegliche Spezialität

Feederplus ist ein Linearroboter-System, das über die herkömmlichen linearen Verfahrachsen hinaus auch Drehbewegungen in der u-Achse, der Orientierachse des Rotationsarms, ausführen kann. Es verfügt über einen rotierenden Lineararm, der ursprünglich als Roboterergänzungsachse vorgesehen war. Die Horizontalachsen erreichen Endgeschwindigkeiten von 1 m/s (vx) bzw. 5 m/s (vy). Die Beschleunigungswerte betragen bei diesen Achsen bis zu 4,5 m/s2 (ax) bzw. 13 m/s2 (ay). Durch den seitlichen Versatz lässt sich die Querkomponente der Geschwindigkeit eliminieren. Während des Transfers können die Platinen in bis zu sechs Achsen orientiert werden. Feederplus kann in Pressenmittenabständen von mindestens 6.000 mm operieren und ist für eine Traglast von circa 125 kg (Teil und Tooling) konzipiert. Die Wiederholgenauigkeit beträgt +/- 0,25 mm. Die Anbindung an das Tooling wird über einen Crossbar mit Sattel oder Adapter für Roboter-Tooling geregelt.

Background

Strothmann ist Spezialist im Bereich Transport- und Handlingtechnologie. Das Unternehmen verfügt über jahrelange Erfahrungen in der Presswerkautomatisierung und bietet komplette Handlinglösungen für die Pressenverkettung. Vom Platinenlader über ausgefeilte Zentrierstationen bis zu hochdynamischen Teiletransfers innerhalb oder zwischen den Pressen inklusive Greifertooling sowie Steuerungs- und Informationssystemen. Das patentierte ›RundSchienen‹- System etwa ermöglicht im Werkzeugmaschinenbau neue, produktive Organisationsformen der Fließfertigung und Intralogistik. Auf der einfach zu montierenden RundSchiene können selbst tonnenschwere Lasten bewegt werden. Die ebenfalls patentierten, hochdynamischen ›LinearRoboter‹ bilden die Basis für die Sparte Industrieautomation.

Erschienen in Ausgabe: 06/2008