Heißklebestation: Roboter, Kompaktsteuerung und Bediengerät im Profibus-Netzwerk

Die Automobilhersteller verlagern die Entwicklung und Herstellung von Komponenten zunehmend an die Zulieferer und deren Partner. Der immense Kostendruck, dem die Zulieferer unterliegen, und der hohe Qualitätsanspruch in der Automobilindustrie stellen vor allem den Maschinenbau vor immer neue Herausforderungen. „Schneller, besser, produktiver“ lauten heute vielfach die Ziele bei der Konstruktion moderner Produktionsmaschinen und -anlagen.

Genau mit diesen Anforderungen sah sich auch die MW-TEC GmbH & Co. KG in Velbert konfrontiert. Ein Hersteller von Fahrzeugtürgriffen und anderen Automobilkomponenten beauftragte den Sondermaschinenbauer, eine voll automatisierte Klebestation für die Montage von Türaußengriffen zu entwickeln. Ein schnell härtender Heißkleber sollte die bisherigen langen Wartezeiten für die Aushärtung verkürzen, eine raschere Weiterverarbeitung der Bauteile und damit höhere Stückzahlen ermöglichen und so die Produktivität der gesamten Fertigung verbessern. Die Vorgaben des Kunden stellten besonders hohe Anforderungen an die Präzision und Geschwindigkeit des Klebeprozesses, denn der Heißkleber muss lückenlos über die gesamte Griffkontur und in der richtigen Menge dosiert aufgetragen werden – und dies in einem engen Zeitfenster bevor der Kleber aushärtet.

„Schnell war klar, dass ein mehrachsiges Robotersystem diese Aufgabe am besten lösen könnte“, sagt Uwe Weyers, Geschäftsführer der im Jahr 1997 gegründeten Maschinenbaufirma MW-TEC, ein Spezialist für die Automatisierung von Montage-, Prüf- und Bearbeitungsvorgängen. Das Projektteam entschied sich für einen Sechs-Achsen-Knickarmroboter vom Typ Melfa RV-3SB mit 3 kg Traglast und 642 mm Reichweite. „Kompakte Bauweise, Geschwindigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit gaben den Ausschlag für den wendigen Kleinroboter von Mitsubishi Electric“, so der Diplomingenieur.

Ein generelles Ziel des Maschinenbauers ist es, die Projektierung, Installation, Inbetriebnahme und Wartung der neu konstruierten Maschinen möglichst wirtschaftlich zu gestalten. Ein Standard-Feldbussystem sollte deshalb den Aufwand für die Montagestation reduzieren und eine schnelle und störungsfreie Kommunikation zwischen den Komponenten sicherstellen. Auch für die Steuerung und Visualisierung der Maschine suchten die Entwickler eine kostengünstige, aber leistungsfähige Lösung und wählten eine abgestimmte Kombination aus Kompaktsteuerung und Bediengerät aus der Mitsubishi-Produktpalette. Technisch beraten wird MW-TEC durch Boy Damann, Mitarbeiter des Elektro-Fachgroßhändlers Otto Kuhmann GmbH & Co. KG mit Sitz in Düsseldorf. Kuhmann ist Partner im Automation Network von Mitsubishi Electric und gehört zur Unternehmensgruppe Sonepar Deutschland. Diese beschäftigt im Bereich Automatisierungstechnik eigene Spezialisten, um den Kunden aus Industrie und Handwerk eine qualifizierte anwendungstechnische Unterstützung bieten zu können. Mutterkonzern ist die französische Sonepar S. A. mit Sitz in Paris, die in 29 Ländern der Welt aktiv ist und rund 22 000 Mitarbeiter an 1200 Standorten beschäftigt.

Im Zentrum der Fertigungsanlage transportiert ein Drehteller die Griffteile und bereits fertig verklebte Baugruppen schrittweise zu den verschiedenen Stationen. Der Roboter, der platzsparend in einer Ecke der bis auf die Zuführ- und Entnahmestation geschlossenen Fertigungszelle integriert ist, nimmt die chromfarbenen Oberschalen aus Kunststoff an der Klebestation mit einem Greifer vom Werkzeugträger, positioniert sie lagerichtig unter die Klebedüse der Dosiervorrichtung und fährt anschließend die Konturen des Bauteils kontinuierlich ab. Nach dem Kleberauftrag legt er die Oberschale auf ein metallisches Grundteil des Ziehgriffs ab. „Der gesamte robotergestützte Bearbeitungsschritt erfordert nur 30 Sekunden“, betont Uwe Weyers und verweist auf die einfache und intuitive Programmierung des Industrieroboters, der eine Kapazität von mehr als 100 Türgriffen pro Stunde erreicht: „Selbst in diesem für uns ersten Projekt mit einem Mitsubishi-Roboter ließ sich der Sechsachser ohne vorheriges Training problemlos in Betrieb nehmen.“

Auch lange Wartezeiten für die Aushärtung, wie bei konventionellen Klebern üblich, sind nicht mehr notwendig: Die Griffteile werden in einer automatischen Spannvorrichtung nur für kurze Zeit miteinander verspannt. Bereits nach 2 min ist der Spezialkleber nahezu vollständig ausgehärtet, und die fertig montierten Fahrzeugtürgriffe verlassen die Fertigungszelle über die Entnahmestation zu einer ersten Qualitätsprüfung und zur weiteren Verarbeitung. Nach 24 h erreicht die Klebung ihre Endfestigkeit.

Zentrale Intelligenz der Maschine ist die kompakte Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) Melsec FX3U. Die leistungsstarke Kompakt-SPS der neuesten Generation ist ein wahres Kommunikationstalent. So bietet sie zum Beispiel ein Mastermodul für Profibus-DP (Dezentrale Peripherie) und damit für MW-TEC eine kostengünstige Lösung, die gesamte Kommunikation innerhalb der Fertigungsanlage über das Standardnetzwerk abzuwickeln. Roboter, Bediengerät und dezentrale Ein- und Ausgänge sind mit der Steuerung über den Profibus-Master verbunden, der bis zu 64 dezentrale Feldgeräte unterstützt. Der Master erlaubt einen Datenaustausch von bis zu 244 Byte je Slave und verwendet das standardisierte Kommunikationsprotokoll DP in den Versionen DP-V0 und DP-V1. Damit stehen dem Anwender auch alle zyklischen und azyklischen Profibus-DPV1-Dienste einschließlich Alarmverarbeitung zur Verfügung.

Ein Bediengerät vom Typ MAC E300, das direkt an der Zuführ- und Entnahmestation installiert ist, informiert den Bediener laufend über den aktuellen Status der Maschine. Das Gerät verfügt über eine Tastatur mit programmierbaren Funktionstasten und eine grafikfähige Anzeige, die zentrale Steuerungs- und Prozessdaten durch klare Symbole und Zeichen übersichtlich darstellt. Der Bediener kann auf Alarme und Fehlermeldungen umgehend reagieren und jederzeit in den Prozess eingreifen. Auch Änderungen im Ablaufprogramm können direkt über die Tastatur erfolgen. Sämtliche Daten können mit Hilfe der Berichts- und Analysefunktionen des Bediengeräts gesammelt, gespeichert und einem externen Rechner zur weiteren Verarbeitung, zum Beispiel mit dem Tabellenkalkulationsprogramm Excel, übergeben werden. Vorgefertigte Grafikobjekte und auf die Automatisierungskomponenten von Mitsubishi Electric abgestimmte Treiber und Befehle verkürzen die Programmerstellung und ermöglichen eine rasche Inbetriebnahme.

Knickarmroboter Melfa KEM 439

SPS Melsec KEM 440