Yaskawa Roboterzelle überzeugt in der Großserienproduktion

Freuen sich über das gemeinschaftlich erfolgreich abgeschlossene Projekt: Roland Hermann (li.), Yaskawa und Thomas Pflüger, Gebr. Binder.

Der schwäbische Automobilzulieferer Gebr. Binder genießt in der Branche einen ausgezeichneten Ruf. Das Familienunternehmen mit Sitz in Neenstetten gilt als zuverlässig, kundennah, innovativ und beliefert OEM in aller Welt. Mit seinen rund 800 Beschäftigten hat es sich der Umformtechnik und der Blechbearbeitung verschrieben. Dass sich ein großer deutscher Automobilhersteller mit einem Auftrag zur Serienproduktion einer Blechkonstruktion zur Aufnahme der Bordbatterien bestimmter Fahrzeugbaureihen an das in der Vergangenheit stark expandierende Unternehmen wandte, spricht für den Ruf und die Leistungsfähigkeit des Unternehmens.

Thomas Pflüger, Maschinenbauingenieur und Abteilungsleiter Verbindungstechnik bei Binder: „Um einen Auftrag in dieser Größenordnung – die maximale Produktionsleistung liegt bei rund einer halben Million Batterierahmen jährlich – abwickeln zu können, war klar: Ohne die Investition in eine komplett neue, hoch automatisierte Anlage, die die nötigen Prozesse Punktschweißen, Prüfen, Signieren und Handhaben integriert, würde es nicht gehen.“

Der Punktschweißroboter der SP-Serie geht mit seiner Leichtbau-Servozange dynamisch und hochpräzise ans Werk.

Infos zum Anwender

Die Gebr. Binder GmbH gilt als stark wachsendes Unternehmen und hat sich auf über 50.000 m² mit Fachwissen sowie Qualität zu einem anerkannten Zulieferer in der internationalen Automobil- und Maschinenbauindustrie etabliert. Das Familienunternehmen mit Sitz in Neenstetten hat sich auf die Entwicklung und Produktion von Stanz-, Laser- und Umformteilen, sowie Baugruppen für den Maschinenbau und die Automobilindustrie spezialisiert.

https://www.gebr-binder.de

Ein Bediener, zwei Roboter, drei Stationen

Sogleich machten sich die Binder-Ingenieure an einen ersten Grobentwurf, der die wesentlichen Stationen der neuen Roboterzelle konzeptionell skizzierte. Dieses Konzept bildete die Grundlage für Yaskawa Europe, deren Spezialisten mit der Feinplanung und Realisierung der Komplettanlage betraut wurden.

Roland Hermann, Senior Key Account Manager bei Yaskawa, erinnert sich: „Uns allen war klar, dass wir die Taktzeitvorgaben bei diesem Großserienteil nur mit dem Einsatz von zwei Sechsachsrobotern, einem für das Punktweißen und einem weiteren für die komplette Handhabung werden erreichen können. Zudem empfahl sich eine Drei-Stationen-Lösung, die es erlaubt, alle Prozesse parallel und somit taktzeitneutral umzusetzen. Während an der ersten Station manuell eingelegt wird, kann an Station zwei geschweißt und an Station drei geprüft und entnommen werden.“

Die Schweißpunkte sind teilweise schwer zugänglich, aber die Programmierer haben ganze Arbeit geleistet.

Durchdachte Lösung mit überzeugenden Details

Betrachtet man die kürzlich in Betrieb genommene Anlage, überzeugt sie mit jeder Menge durchdachter Details, aber auch mit einem sehr knapp bemessenen Platzbedarf. Natürlich wurde jede Komponente unter dem Aspekt maximaler Performance und größtmöglicher Zuverlässigkeit ausgewählt.

Das fängt bei den Robotern an: Das Punktschweißen übernimmt ein schlanker Motoman Sechsachser der leistungsstarken SP-Serie, während ein schneller und ebenso präziser GP88 für die Handhabungsprozesse zuständig ist. Dazu Thomas Pflüger: „Bei der Auswahl der Roboter gab es hier keinen großen Diskussionsbedarf. Wir haben bereits mehrere Roboter von Yaskawa im Einsatz und wissen, dass die „Motomänner“ unseren Anforderungen hundertprozentig gerecht werden. Es sind hochzuverlässige Dauerläufer, die jeden Produktionsmarathon mit Bravour meistern.“

Der Yaskawa GP88 ist für die Handhabungsaufgaben mit einem komplexen Doppelgreifer ausgestattet.

Auf maximale Verfügbarkeit getrimmt

Alle weiteren Komponenten sollen dank ihrer Qualität ebenfalls die Verfügbarkeit hochhalten. Im Einsatz sind unter anderem eine Servoschweißzange in Leichtbauausführung, eine automatische Reinigungs- und Wechselstation für die Elektrodenkappen, ein 2D-Kamerasystem von Cognex für die Qualitätssicherung, ein Klasse 1 Signierlaser von Trumpf, eine Siemens SPS und natürlich eine hochmoderne Schweißsteuerung von Bosch Rexroth mit permanenter Überwachung der Schweißparameter.

Ein Highlight der Anlage ist der 3-Stationen-Vertikalpositionierer, der mit zwei Vorrichtungsnestern pro Station, also für die parallele Bearbeitung von sechs Batterierahmen, ausgestattet ist. Roland Hermann: „Die Besonderheit dabei: Diese Lösung basiert auf einem Yaskawa Standardprodukt, dem Positionierer R-1000, der über eine vertikale Drehachse verfügt. Diesen modularen Grundantrieb haben wir mit einer auf die automatischen Vorrichtungen ausgelegten Grundplatte versehen und darauf die Drei-Stationen-Lösung realisiert. Die für die Applikation nötige 120 Grad Drehung wird im Betrieb rein softwaretechnisch umgesetzt. Die Positioniererachse ist als vollwertige Roboterachse in die Master-Steuerung der Roboter integriert.“

Blick in die Zelle: rechts der Punktschweißroboter, im Vordergrund die Lasersignierstation und links der GP88 Sechsachser für die Handhabung.

Kurz skizziert: der Workflow in der Zelle

Die zu schweißende Stahlblechkonstruktion, die aus der hauseigenen Umformtechnik kommt, besteht aus zwei Einzelteilen, dem größeren Batterierahmen und einem kleineren Halteblech. Ein Bediener legt die beiden Teile in das erste Vorrichtungsnest ein und wiederholt diesen Vorgang beim zweiten Nest. Hat der Werker den Sicherheitsbereich verlassen, fixiert die Spannvorrichtung die Teile automatisch und taktet den Tisch weiter zu Station zwei.

Hier setzt der Motoman Punktschweißroboter der SP-Serie insgesamt acht Schweißpunkte pro Bauteil, fünf um den Rahmen zu fixieren und drei um das Halteblech anzubringen. „Es ist beeindruckend, zu verfolgen, mit welcher Präzision und Dynamik der Schweißroboter zu Werke geht und wie durchdacht die Programmierung sein muss, um mit der großen Servozange die Schweißpunkte innerhalb der engen Stahlblechkonstruktion anfahren zu können. Das ist hier echt Millimeterarbeit“, so Thomas Pflüger.

Taktzeitbestimmend: Reinigung und Wechsel der Elektrodenkappen

Der Zustand der Elektrodenkappen ist natürlich maßgebend für den Prozess. Das regelmäßige Reinigen der Kappen durch Abfräsen der entstehenden Zinkschicht sowie der nach einer bestimmten Anzahl an Fräsvorgängen anstehende Wechsel erfolgen an der Station vollautomatisch ohne Zutun des Bedieners. Da dieser Vorgang zu den taktzeitbestimmenden Prozessen zählt, wurde bei der Positionierung der Reinigungs- und Wechselstation auf kürzeste Verfahrwege des Roboters geachtet.

Ist das Punktschweißen abgeschlossen, taktet der Positionierer abermals um 120 Grad zu Station drei weiter. Hier wird – noch in der Vorrichtung – kamerabasierend das Vorhandensein sowie der korrekte Sitz von Gewindestiften und einer Mutter überprüft. Nach erfolgreicher QS- Prüfung entnimmt der schlanke Motoman GP88 mit seinem pneumatischen Doppelgreifer zeitgleich die beiden Bauteile und fährt zur Laser-Signierstation, an der die Bauteile einen Zahlen-Buchstabencode erhalten, der der Identifikation und Teilerückverfolgbarkeit dient.

Auf spezielle zusätzlicher Laserschutzvorrichtungen konnte bei der Umsetzung der Signierung verzichtet werden, da die Bauteile durch den Handhabungsroboter lasersicher an den Signierkopf herangeführt werden. Dies erfolgt über einem vordefinierten Druck des Roboters an die Dichtelemente des Signierkopfes und setzt somit die Anforderungen an die Lasersicherheit um. Im letzten Schritt legt der Sechsachser die i. O. Teile auf einem Förderband ab, das manuell entladen wird. Bauteile, die entweder von der Kamera oder der Schweißsteuerung als nicht in Ordnung deklariert werden, legt der Handlingroboter in eine stückzahlüberwachte, separate Box ab.

Die komplette Steuerung der Anlage läuft über eine übergeordnete Siemens S7 SPS mit Visualisierung, an die die beiden Robotersteuerungen Yaskawa YRC 1000 über Profinet angebunden sind. Sowohl software- wie hardwareseitig läuft die Anlage seit ihrer Inbetriebnahme störungsfrei. Die Entscheidung pro Yaskawa hat man deshalb bei Binder nie bereut.