Antriebseinheiten Modulare Produktionslinie: Geschmeidig von Zelle zu Zelle

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Der Sondermaschinenbauer Paul Köster hat für den Druckgussspezialisten GF Casting Solutions Werdohl eine modulare Produktionslinie für Antriebseinheiten von Elektrofahrzeugen realisiert. Hier übernehmen 14 ABB-Roboter Montageprozesse und Materialhandling und leiten als Schrittmacher der automatisierten Anlage verschiedene Gehäusetypen durch den Prozess.

Vom Getriebegehäuse bis zum Cabrioverdeck: Der Automobilzulieferer GF Casting Solutions fertigt, bearbeitet und veredelt unterschiedlichste Leichtbau-Druckgussteile für die Automobilindustrie. In Werdohl bekommen unter anderem Gehäuse für Antriebseinheiten für Elektrofahrzeuge den letzten Schliff. Bevor ein Gehäuse die Hallen verlässt, durchläuft es nacheinander Bearbeitung, Reinigung, (Vor-)Montage sowie Dichtheitsprüfung. Für eine durchgängige Automatisierung der komplexen Anlage hat der Sondermaschinenbauer Paul Köster eine modulare Produktionsanlage realisiert. Das Ziel war, statt einer starren Verkettung eine flexible Anlage zu schaffen, die der dynamischen Entwicklung von Elektrofahrzeugen gerecht wird. Insgesamt 14 Roboter, 16 Montagestationen und acht Dichtheitsprüfmaschinen verarbeiten darin vier verschiedene Gehäusetypen für Elektro-Antriebseinheiten.

Universalgreifer greift alle Bauteiltypen

Mittelpunkt der Anlage ist eine 50 Meter lange Linearachse, an der drei ABB-Roboter des Typs IRB 6700 die Beladung der Bearbeitungszentren mit Werkstücken übernehmen. Ein von Paul Köster entwickelter Universalgreifer ermöglicht den Wechsel zwischen unterschiedlichen Bauteiltypen ohne Greiferwechsel. Ein intelligentes Lagersystem mit Pufferplätzen zwischen den einzelnen Zellen sowie insgesamt drei Vertikallifte stellen einen durchgehend unterbrechungsfreien Materialfluss 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“, fasst Christopher Köster, Geschäftsführer der Paul Köster GmbH, zusammen. „Grundsätzlich lautete die Herausforderung für unsere Automations-Spezialisten: die richtigen Teile zur richtigen Zeit an den richtigen Ort bringen, um die Gesamtausbringung der Linie zu optimieren.“

Produktionslinie: Los geht’s an Zelle 1

An Zelle 1 befinden sich zwei Beladepunkte mit Fördertechnik. Hier legen die Mitarbeitenden Bauteile, etwa Hinterachsgehäuse, auf ein Umlaufband oder in ein Übergaberegal. Die initiale Einschleusung ist dabei einer der wenigen manuellen Arbeitsschritte in der hochautomatisierten Anlage. Auf der anderen Seite des Übergaberegals werden die Teile wiederum automatisiert durch einen der drei ABB IRB 6700 entnommen und auf die passende 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 werden verschiedene Vormontageschritte ausgeführt. Unter anderem werden die frisch bearbeiteten Bauteile an einer Reinigungsstation von Kühl- und Schmiermittelresten sowie Metallspänen befreit. Auch die Vormontage diverser Einzelkomponenten erfolgt in Zelle 2 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 beginnt der Sauberbereich. Als erstes werden die Bauteile in einer Industriewaschmaschine gewaschen. Das Handling im Waschbereich 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. Nach der Montage von Verschlussstopfen und dem Eindrehen von Verschlussschrauben werden die Bauteile ins Übergaberegal zu Zelle 4 gelegt.

In Zelle 4 werden die unmontierten Gehäuse auf Dichtheit geprüft und anschließend automatisiert verstiftet. Im Nachgang erfolgt die automatisierte Montage eines Kühlrings, allerdings nicht ohne vorherige manuelle Vormontage mit kamerabasierter Überprüfung. Anschließend wird das Bauteil zur Kühlring-Schraubstation übergeben.

Danach geht es in Zelle 5 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 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.

Software-Orchestrierung der komplexen Anlage

Die Entscheidung für die ABB-Roboter zum Automatisieren des Handling-Prozesses fiel denkbar einfach: Bei GF Casting Solutions haben sich Roboter dieser Marke bereits im Einsatz bewährt, das Personal ist im Umgang mit dem ABB-Ökosystem geschult. Zudem entsprachen die ausgewählten Roboter aus dem ABB-Portfolio den Spezifikationen hinsichtlich Reichweite, Tragkraft und Freiheitsgraden. Auch die eingesetzte Software trägt maßgeblich zum reibungslosen Ablauf bei. 

Wenn jeder Meter zählt, so wie in dieser Applikation, spielt die Offline-Programmier- und Simulationssoftware Robotstudio von ABB ihre Stärken aus. Diese bietet unter anderem die Möglichkeit, Platzierungen sowie die Erreichbarkeit der einzelnen Objekte zu verifizieren. Auch die Offline-Programmierung vor der Inbetriebnahme wurde via Robotstudio vorgenommen und später 1:1 auf die reale Produktion übertragen. Der Zeit- und Kostenaufwand für physische Tests und Inbetriebnahmen konnte reduziert sowie Störungen vermieden werden. Wenn die rasante Entwicklung im Bereich E-Mobility künftig Anpassungen an der Anlage erforderlich macht, so lassen sich etwaige Updates auch vorab via Robotstudio validieren. Zudem sind alle Handling-Roboter mit der Sicherheitssoftware Safemove von ABB ausgestattet, um die Schnittstellen an den Übergaberegalen abzusichern.

Produktionslinie für künftige Erweiterungen gewappnet

Mit den Lösungen von ABB ist es Paul Köster gelungen, eine flexible, modulare Produktionsanlage zu realisieren, die auf einen durchgängigen Materialfluss optimiert und für künftige Erweiterungen gewappnet ist. In der exakt orchestrierten Anlage sorgt die Kombination aus modernen Montagetechnologien, anspruchsvoller Steuerungstechnik, intelligenten Kontrollmechanismen und einer zuverlässigen Dichtheitsprüfung dafür, dass nur qualitativ hochwertige Gehäuse das Werk in Werdohl verlassen. „Die Anforderung für die nächste Erweiterung der Anlage haben wir bereits auf dem Tisch“, verrät Christopher Köster. 

Der Autor Uwe Seip ist Senior-Salesmanager bei ABB Robotics.