In der Feinwerk- und Mikrosystemtechnik besteht häufig die Nachfrage nach Fertigungseinrichtungen, welche sich leicht an Änderungen im Produktspektrum anpassen lassen und deren Durchsatz skalierbar ist. Damit war auch ein Antriebsspezialist konfrontiert, als es um die automatische Montage und Prüfung von Kleinstwellen für elf unterschiedliche Kleingetriebetypen ging.
Mikrobauteile erfordern effiziente Montage
Der erwähnte Hersteller fertigt Gleichstrom- sowie Flachmotoren, Planeten- und Stirnradgetriebe, Servoverstärker, Positioniersteuerungen sowie kundenspezifische Antriebe. Zum Einsatz kommen die Produkte zum Beispiel in Profilwerkzeugen, Robotersystemen, Schweissanlagen oder auch in Mikroskopen.
«Bei der Montage von Mikrobauteilen wie diesen Kleinstwellen gibt es grundsätzlich einiges zu beachten. Zudem muss die Montage kosteneffizient erfolgen. Daher darf der Automatisierungsgrad nur so hoch sein, dass sich die Anlage schnell wieder amortisiert», erklärt Ulrich Moser, Vertriebsleiter bei IEF Werner.
Schnelle Umrüstung und nahtlose Integration
Um solche Kleinstwellen zu montieren, sind nicht nur Präzision, sondern auch hohe Flexibilität gefragt. Denn die Präzisionswellen besitzen Aussendurchmesser zwischen 4,58 und 7,35 mm, Wellendurchmesser von 1,5 bis 2 mm und Gesamtlängen von 10,5 bis 18,5 mm. Werden Kleinstwellen für einen anderen Getriebetyp produziert, muss sich die Anlage schnell umrüsten lassen. Gefordert ist ein reibungsloser Werkzeugwechsel. Eine weitere wichtige Voraussetzung: Die montierten Teile müssen anschliessend voll automatisiert in Getriebe eingesetzt werden. Dazu sollte sich die Montagezelle nahtlos in die Produk-tionslinie integrieren lassen.
Flexibel anpassbar dank innovativer Systemarchitektur
Die Montagezelle von IEF Werner besitzt eine Gesamtbreite von 400 mm, eine Länge von 800 mm und ein Gewicht von 800 kg. Sie basiert auf einer innovativen, flexibel erweiterbaren Mikromontage-Systemarchitektur, dem sF-420-Design. Dadurch lässt sich das System auf jede Produktionsänderung optimal anpassen. Ferner benötigt es laut Hersteller viel weniger Energie als vergleichbare Anlagen.
Die Transportlogistik des sF-420-Systems basiert auf 80x80 mm grossen Werkstückträgern, die für geringe Handhabungsgewichte ausgelegt sind. Sie werden über ein in den Basistisch integriertes Transportband zu den einzelnen Montagestationen befördert. Die Montagezelle ist über eine eigene Ein- und Ausschleusvorrichtung an das Werkstückträgertransportsystem angekoppelt. Da man bei der zuvor beschriebenen Anwendung nur eine Station verwendet, kommen diese Transportbänder und Werkstückträger nicht zum Einsatz – sind aber jederzeit nachrüstbar.
Definierte Schnittstellen koppeln verschiedene Einheiten
Die Montage wird in diesem Fall mit einem doppelten rotaryARM, einem Schwenkarmmodul für schnelle Pick- and-Place-Aufgaben, mit je einem Sauggreifer realisiert. Zusätzliche Zuführeinheiten, bei dieser Anlage sind es Wendelfördertöpfe, stellen die zu montierenden Teile bereit. Eine Zuführung wäre jedoch auch mit Palettierern oder Blistern realisierbar. Die Einheiten koppelt man über definierte Schnittstellen mechanisch, elektrisch und steuerungstechnisch an die Montagezelle. Die Schnittstellen sind zudem auf einen optimierten Wechselvorgang der Module ausgelegt.
Zusatzfunktionen wie Bildverarbeitung oder Zuführungen für die Dosierung von Schmiermitteln in feinmechanischen Systemen lassen sich einfach integrieren. Die Einbindung von prozess- oder kundenspezifischen Sonderapplikationen ist ebenfalls realisierbar. Für die Steuerungstechnik kommt eine IEC-61131-basierte Standard-Soft-SPS zum Einsatz. Diese erlaubt es, die Montagezelle unabhängig von der Linie in Betrieb zu nehmen und im Fall eines Defekts zu überholen.
Von Losgrösse eins bis zu Millionenstückzahlen
Der Basistisch kann zudem einen Handarbeitsplatz oder eine teilautomatisierte Montagezelle aufnehmen. In weiteren Ausbaustufen sind doppelt und dreifach breite Montagezellen möglich, die mit speziellen Prozessmodulen ausgestattet sind. Ein Hauptband verkettet dabei die einzelnen Stationen. Aber auch komplette Montagelinien lassen sich aus mehreren Basistischen aufbauen, die über das Transportsystem materialflusstechnisch verknüpft sind. Damit können sowohl kleine Losgrössen wie auch Millionenstückzahlen wirtschaftlich gefertigt werden. Die Montagezelle oder einzelne Module lassen sich im laufenden Betrieb vom Basistisch entnehmen oder einbauen – ohne Beeinträchtigung der Liniensteuerung oder des Materialflusses. Der Basistisch stellt ausserdem die Grundversorgung der Montagezelle sicher, das heisst die Spannungsversorgung, Pneumatik für die Werkzeugversorgung und die Kommunikation.
Kartesisches Dreiachssystem erlaubt translatorische Bewegungen
Die Taktzeit pro Bauteil beträgt 15 s. Dies lässt sich vor allem aufgrund überlagerter Prozesse realisieren. So läuft die Wellenvorprüfung parallel zum eigentlichen Montagevorgang, dem Verpressen, ab.
Des Weiteren ist die vollautomatische Zelle mit einem kartesischen Dreiachssystem ausgerüstet, welches eine Schnittstelle zu den Greifwerkzeugen aufweist. Dieses System sorgt für einen reduzierten, grössenangepassten Arbeitsraum. Zur Verfügung stehen drei translatorische Bewegungen (X, Y, und Z).
Viel Wert auf Sicherheit gelegt
«Eine weitere Anforderung des Kunden bestand darin, die Montagezelle sicher zu gestalten, sodass auf Schutzgitter verzichtet werden kann. Deshalb setzten wir hier auf Linearachsen mit geringer Antriebsleistung», erklärt Moser. Diese seien zum einen hochgenau, brächten aber zum anderen nur geringe Kräfte auf, welche jedoch vollkommen ausreichend für diese Anwendung seien. «Kommt eine Hand in einen sonst kritischen Bereich, stoppen die Antriebe sofort. Dadurch erreichen wir die geforderten Sicherheitsvorschriften und gewährleisten für Maschinenbediener die Zugänglichkeit zum Arbeitsraum. Gleichzeitig erlaubt die geringe Antriebsleistung eine äusserst energiesparende Montage», verdeutlicht Moser.
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