Die Schwingungen im Griff

29.08.2016 

Eine robotergestützte Anlage der MEXON GmbH montiert komplexe Vibrationsdämpfer für die Automobilindustrie. Für die Handhabungsaufgaben haben die Entwickler Greiftechnologie von Sommer-automatic eingesetzt, einer Marke der Zimmer Group.

Die MEXON GmbH aus dem vogtländischen Oelsnitz hat sich auf die industrielle Automatisierungs- und Steuerungstechnik spezialisiert. Das Unternehmen entwickelt nicht nur Sondermaschinen und Anlagen für spezielle Herstellungsanforderungen, sondern modernisiert auch ältere Anlagen und verknüpft vorhandene oder neue Einzelanlagen zu komplexen Produktionslinien.

Für einen der großen deutschen Automobilzulieferer hat die MEXON GmbH 2015 eine umfangreiche Montageanlage für elektromagnetische Vibrationsabsorber entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen. Diese Absorber kommen in Fahrzeugen der Oberklasse zum Einsatz, um aktiv die Schwingungen zu dämpfen, die im Teillastbetrieb bei der Abschaltung einzelner Zylinder auftreten können.

Die vollautomatische Anlage ist in drei separate Montagestationen gegliedert, auf denen die Teile zunächst verstemmt, dann vormontiert und schließlich endmontiert werden. Zentrale Komponente jeder einzelnen Anlage ist ein Knickarm- oder Sechsachsroboter, der je nach Aufgabe mit pneumatischen oder elektrischen Greifern aus dem Lieferprogramm der Zimmer Group bestückt ist.

Montagestation I: Verstemmen schafft unlösbare Verbindungen

Auf der ersten Montagestation werden die Federn, die im Absorber die elastische Aufnahme der Schwingungen ermöglichen, in einem Verstemmprozess unlösbar mit einem Gehäusebauteil verbunden. Der zentrale Scara-Roboter nimmt dazu zunächst ein neues Gehäuseteil auf und legt es in die doppelseitige Werkstückaufnahme ein. Aus einem Magazin nimmt der Roboter nun eine Feder auf, die auf Lagerichtigkeit geprüft, bei Bedarf in einer Wendestation in die richtige Lage gedreht und dann ebenfalls in die Vorrichtung eingelegt wird.

Der Rand des Gehäuseteils wird nun mit einem Hartmetallwerkzeug in mehreren Durchgängen so verstemmt, dass die Feder unlöslich mit dem Gehäuseteil verbunden wird und dauerhaft die Vibrationskräfte aufnehmen kann.

Um eine hohe Ausbringung der Anlage sicher zu stellen, ist die Anlage mit einem Doppelschlittensystem ausgestattet, so dass jeweils ein Teil gehandhabt werden kann, während sich ein anderes Werkstück im Verstemmprozess befindet.

Für diese Handhabungsaufgabe haben die Konstrukteure den Roboter mit einem pneumatische Parallelgreifer der Baureihe GP410XNC-C von der Zimmer Group ausgestattet. Diese Greifer bieten mit 990 N genügend Greifkraft, um die Vibrationsabsorber auch bei hoher Dynamik sicher handhaben zu können. Die FEM-optimierten T-Nutenführungen garantieren dabei eine hohe Robustheit, denn ihre geschliffenen und überlappenden Greiferbacken weisen breite Führungsflächen auf, die hohe Momentenbelastungen aufnehmen und für den störungsfreien Dauereinsatz geeignet sind – was nicht zuletzt daran abzulesen ist, dass sie bis zu 10 Mio. Greifzyklen ohne Wartung bewältigen.

Kassettensystem verschafft Bedienern Luft

Nach dem Verstemmen entnimmt der Roboter die Werkstücke wieder aus der Vorrichtung und legt sie in einem speziellen Kassettensystem ab, das die Entwickler sowohl für die Ausschleusung der fertig verstemmten Gehäuseteile wie auch für die Bereitstellung der Rohlinge entwickelt haben. Der Roboter kann mit einem zusätzlichen Dorn an einem der Greiferfinger die Schubladen des Kassettensystems öffnen, um die Rohlinge zu entnehmen oder in einem zweiten Kassettensystem die fertig verstemmten Statoren abzulegen.

Der Roboter kann also ohne zusätzliche externe Aktorik die abzuarbeitende Kassette in seinen Wirkungsbereich ziehen. Damit spart diese Kassettenlösung Platz bei der Materiallagerung. Sie bietet aber auch genügend Pufferkapazitäten, um den Bedienern eine hohe zeitliche Flexibilität beim Be- oder Entladen der Kassetten zu gewähren und ihnen damit die Möglichkeit zu geben, auch noch andere Aufgaben zu erfüllen.

   Bild 1: Mit dem Dorn an einem Greiferfinger kann der Roboter die Kassetten
            für die Werkstücke öffnen.

 

 

 

 

 

 


Da bei allen Handhabungsaufgaben eine hohe Genauigkeit verlangt wird, haben die Entwickler eine Kontrollstation integriert, auf der die Genauigkeit des Greiferkopfes  überprüft und bei Bedarf manuell nachjustiert wird. Der Roboter nimmt dazu automatisch ein spezielles Prüfteil auf und fährt mehrere  festgelegte Positionen an. Dabei muss sich die Abweichung, gemessen durch Messuhren, in bestimmten Bereichen bewegen, so dass hier die  Wiederholgenauigkeit des Greifers eine wichtige Rolle spielt.

  Bild 2: Mit Hilfe der Messstation wird die Genauigkeit des Greiferkopfes  überprüft.

 

 

 

 

 

 

 

Montagestation II: Vormontage trotzt magnetischen Kräften

Auf der Montagestation II erfolgt die Vormontage, bei der mehrere einzelne Magnete in einem aufwändigen Prozess auf die Anker geklebt werden. Da die eingesetzten Magnete sehr hohe Kräfte aufbringen, ist ihre exakte Positionierung sehr schwierig und stellte die Entwickler vor hohe Herausforderungen. Um die Werkstücke präzise in die hoch komplexe Fügestation einlegen zu können, wird jedes Bauteil über eine Kameraerkennung auf Lagerichtigkeit geprüft und genau ausgerichtet – so wie auch die korrekte Kleberaupe mit einer Lasertriungalationsmessung überwacht wird.

Der Roboter hat dabei vielfältige Aufgaben zu erledigen, denn es sind insgesamt fünf verschiedene Teile zu handhaben, die bei unterschiedlichen Durchmessern teilweise innen, teilweise außen gegriffen werden. Auch hier öffnet der Roboter mit dem Greifer die Schubladen des Kassettensystems.

„Diese unterschiedlichen Aufgaben wären mit einem pneumatischen Greifer nicht zu bewältigen gewesen, so dass hier ein elektrischer Greifer des Typs GEH6030 zum Einsatz kommt“, erläutert Dipl.-Ing.(FH) Ingolf Barthel, Geschäftsführer der MEXON GmbH. „Dieser Greifer bringt nicht nur hohe Greifkräfte auf, sondern schafft mit seiner Wiederholgenauigkeit die Voraussetzungen für eine exakte Positionierung der Werkstücke. Gleichzeitig kann er bei diesem vielfältigen Aufgabenspektrum alle Flexibilitätsvorteile der Servotechnik ausspielen. Beispielsweise werden Greifkraft und Schließgeschwindigkeit von unserer Steuerung genau an die jeweiligen Aufgaben angepasst, so dass jedes Teil mit den richtigen Einstellun gen gegriffen wird.“

  Bild 3: Schubladen öffnen und Werkstücke mit angepassten Greifkräfte
           mal innen, mal außen greifen: Hier ist der elektrische Greifer in
           seinem Element, da die einzelnen Teile mit ihren unter-
           schiedlichen Materialien und Oberflächenbeschaffenheiten
           unterschiedliche Greifkräfte benötigen.

 

 

Kombiniert wurde der Greifer mit einem Achsausgleich des Typs AR63P, der sehr flach baut, kleine Toleranzen ausgleicht, beim Verfahren des Roboters aber fixiert werden kann, so dass keine unkontrollierten Bewegungen des Werkstückes möglich sind.

Montagestation III: Hauptmontage

An der Montagestation III erfolgt schließlich die Hauptmontage, bei der die Vibrationsabsorber in zwei verschiedenen Fügeeinheiten um weitere Bauteile ergänzt, fertig montiert, umfassend geprüft und schließlich mittels Laser beschriftet werden.

Für die damit verbundenen Handhabungsaufgaben ist der zentrale Sechsachsroboter mit einem elektrischen Parallelgreifer des Typs GEH6140n ausgestattet, der ebenfalls mit einem Achsausgleich AR63P kombiniert wurde. Zusätzlich sind in der Station auch ein Großhubgreifer des Typs MGH8020 in sowie ein GD306NC im Einsatz, die in einer Wendestation die Werkstücke vor der Montage in die richtige Lage bringen.

In der Maschine befinden sich Füge- und Bördelstationen, in denen die teils vormontierten Baugruppen aus den vorgelagerten Stationen sowie zusätzliche Einzelteile gefügt, verpresst und verbördelt werden. Der Roboter übernimmt hier das schnelle präzise Handling zwischen den einzelnen Stationen. Eventuell fehlerhafte Teile aus Zwischenprozessen werden ausgeschleust und manipulationssicher gekennzeichnet.

Die Funktionsprüfungen des fertigen Bauteiles sind sehr umfangreich und nehmen den größten Zeitbedarf der Komplettfertigung in Anspruch. Sämtliche Prüfparameter werden eindeutig dem Teil zugeordnet und sicher abgespeichert. Erst nachdem diese Prüfungen bestanden sind, bekommt die fertige Baugruppe mit der individuellen Laserbeschriftung ihr ‚Gütesiegel‘.

Zur Endprüfung wird der Prüfling auf einer Messstation bestromt. Ein Dreibackengreifer des Typs GD306NC fixiert dabei den beweglichen Teil der Baugruppe, damit beim abschließenden Funktionstest eine hochpräzise Weg- und Druckmesssensorik alle wichtigen Parameter aufnehmen kann.

   Bild 4: Ein Zentrischgreifer fixiert den beweglichen Teil der Baugruppe
            beim abschließenden Funktionstest.