Stapeln im 12-Sekunden-Takt

Handling - Die automatische Zuschnitt-Stapelanlage steigert die Flexibilität bei der Herstellung von Weißblechdosen erheblich, sodass auch kleinere Losgrößen wirtschaftlich produziert werden können. Zentrale Funktionen der Anlage erfüllen ein Handlingsystem und diverse Antriebe.

16. Oktober 2007

Dosen aus Weißblech gehören bereits seit vielen Jahrzehnten zu den selbstverständlichen Produkten des täglichen Lebens. Der einzelne Konsument interessiert sich dabei natürlich eher für den Inhalt als für die Dose selbst. In der Regel ist er sich auch kaum bewusst, ob ihm ohne eine hochwertige Dose das gewünschte Produkt meist überhaupt zur Verfügung stehen würde. Dabei werden in Dosen nicht nur Lebensmittel aller Art über Jahre hinweg konserviert, sondern verschiedenste Produkte zum Kunden gebracht.

Vielfalt in Dosen

Beispiele für die Vielfalt in Dosen sind Farben, Lacke, Schmiermittel, Autozubehör, Klebstoffe, Kosmetika, Aerosole und vieles mehr.

Eine besondere Herausforderung ist das Fertigen kleinerer Losgrößen; um wirtschaftlich zu sein, erfordert dies eine hohe Flexibilität der Produktionseinrichtungen. Einen wesentlichen Beitrag zur hohen Flexibilität leistet ein von Langhans Innotec GmbH in Eggersriet im Schweizer Kanton Sankt Gallen entwickelter Abstapler für Dosen - zuschnitte. Dieser ermöglicht das wirtschaftliche Anlegen von Puffer-Zwischenlagern für die Zuschnitte.

Am Beginn der Dosenproduktion steht in der Regel die Winkel-Rollenschere. Je nach Durchmessern und Höhen der Dosen haben die Zuschnitte unterschiedlichste Formate. In den Herstellungsstraßen von Großserien gelangen die Zuschnitte sofort nach der Rollenschere zum nächsten Produktionsschritt, bei dem sie gerollt und zu einem Zylinder zusammengeschweißt werden. Da kleinere Losgrößen häufige Umstellungen erfordern, wäre der Produktionsablauf in dieser Form ökonomisch nicht rentabel. Aus diesem Grund wird auf der Rollenschere die wirtschaftlich erforderliche Menge gleich artiger Zuschnitte hergestellt, aber nicht sofort der Schweißanlage zugeführt, sondern auf Paletten zwischengestapelt. Aus diesem werden bei Bestellung kleinerer Losgrößen die Zuschnitte der weiteren Verarbeitung zugeführt. Mit der dadurch gewonnenen Flexibilität ist der Dosenhersteller in der Lage, seine Abnehmer innerhalb von vierundzwanzig Stunden nach Bestellung zu beliefern.

Handling mit zwölf Sekunden Taktzeit

Die Zuschnittstapelanlage ist also im Produktionsablauf direkt nach der Winkel-Rollenschere positioniert. Schon in ihrem Einlaufbereich kontrollieren zwei Lasersensoren die Winkligkeit der Zuschnitte. Bei einer Überschreitung der zulässigen Toleranzen würde die Rollenschere sofort gestoppt. Die nebeneinander aus der Rollenschere kommenden Zuschnitte werden am Einlauf der Zuschnittstapelanlage von Trennblechen separiert und zwischen diesen zu etwa 30 mm dicken Zuschnittstapeln gesammelt. Die Stapelhöhe wird durch einen Zählsensor geregelt. Da die Bleche zwischen 0,13 und 0,3 mm dick sind, kann ein einziger Stapel weit über 200 Zuschnitte umfassen. Wenn die erforderliche Anzahl erreicht ist, werden die Stapel vom Zuschnittanschlag freigegeben und pneumatisch zum Anschlag an der Greifer-Übernahmeposition weitergeschoben. Ein Sensor überwacht, dass die Zuschnittstapel beim Vorschieben exakt in der Übernahmeposition zu liegen kommen.

Bei der Stapelbildung laufen die Zuschnitte je nach Größe mit einer Schräge von 8 bis 25° zwischen den Trennblechen. Dieser schräg liegende Zuschnittstapel wird an der Übernahmeposition vom Greifer des Handlingsystems erfasst und in einer Ausrichtstation abgelegt, wo er mit Hilfe exakter Referenzflächen horizontal ausgerichtet wird. Der inzwischen ebenfalls in die horizontale Lage geschwenkte Greifer erfasst nun den Zuschnittstapel aufs Neue. Danach fährt die Abrichtstation zur Seite, und macht Platz für die nachfolgende Greiferbewegung, bei welcher der Zuschnittstapel in einer programmierbaren Legeordnung auf der Palette abgelegt wird.

Ablegen und messen

Nach jedem Ablegevorgang misst ein Lasersensor am Greifer die neue aktuelle Stapelhöhe, sodass er beim nächsten Ablegevorgang genau diese Höhe wieder anfahren kann. Die Anlage ordnet auf diese Weise pro Minute bis zu 1.000 Zuschnitte in einzelnen Stapeln auf der Palette an. Die Legeordnung ist völlig frei programmierbar. Der gesamte Handlingvorgang vom Fassen des noch schrägen Zuschnittstapels über das Horizontal-Ausrichten bis zum Ablegen läuft innerhalb einer Taktzeit von zwölf Sekunden ab. Bisher musste diese Arbeit von Bedienpersonen manuell durchgeführt werden. Für diese Aufgabe, pro Arbeitsschicht acht bis zwölf Tonnen Blech aus der Rollenschere zu nehmen, exakt gerade zu richten und zu stapeln. Wegen der messerscharfen Kanten bestand eine hohe Unfallgefahr.

Die Kraft für das Fassen der Blechzuschnitte wird durch zwei Federn aufgebracht, während die Öffnungsbewegung des Greifers pneumatisch erfolgt.

Beschleunigungen bis zu 2 g

Deshalb bleibt der Blechstapel auch bei einem eventuellen Ausfall der Druckluftversorgung in zuverlässigem Griff. Da die Greiferkonstruktion 25 kg wiegt und die Zuschnittstapel bis zu 22 kg schwer sein können, hat das Handlingsystem eine Masse von insgesamt 47 kg zu bewegen. Dabei positioniert es ohne Probleme auch bei zur Gänze ausgefahrenen Achsen die Zuschnittpakete mit einer Wiederholgenauigkeit von +/- 0,2 mm in der programmierten Legeanordnung. Da der Greifer dazu in kurzer Zeit auf Geschwindigkeiten bis zu 1,2 m/sek beschleunigt werden muss, treten Beschleunigungswerte bis zu 2 g auf.

Der Greifer ist Bestandteil eines dreiachsigen kartesischen Portalhandlingsystems Typ PR-8/3 von Berger Lahr. Der Roboter wurde samt Kabelschlepp und Anschlussklemmenbox für Endschalter und Bremsenansteuerung vormontiert. Vom Prinzip her erlaubt das Portalhandlingsystem in der X-Achse (Laufrichtung der Zuschnitte) einen Verfahrweg von 950 mm, in der Y-Achse (Querrichtung) von 1.105 mm und in der Z-Achse (vertikal) von 900 mm.

Eine vierte Achse wird durch die Schwenkbewegung des Greifers gebildet, die je nach Schrägstellung des Blechstapels eine exakte Schwenkstellung in einem Bereich bis zu 30° anfährt.

Die gesamte Zuschnittstapelanlage besteht aus einem Aluminiumprofilsystem und ist 2.300 mm breit und 2.600 Millimeter lang. Bedingt durch die Z-Achsenführung erreicht ihre Gesamthöhe etwa 2.600 mm.

Das Dreiachs-Portalhandlingsystem von Berger Lahr wird von AC-Synchron-Servomotoren aus der Reihe SER mit Planetengetriebe angetrieben. Die Permanentmagnete der Motoren bestehen aus Neodym-Eisen- Bor und zeichnen deshalb durch eine besonders hohe Leistungsdichte aus. Sie erreichen Impulsdrehmomente bis zum Vierfachen des Stillstandsmomentes, und auch bei hoher Überlast besteht keine Gefahr der Entmagnetisierung. Die Motoren sind standardmäßig mit einem SinCos-Gebersystem ausgestattet.

Servomotor und Ansteuerung: ein abgestimmtes System

Die AC-Synchron-Servomotor-Module erreichen nur bei optimal abgestimmter Ansteuerung ihre bestmögliche Leistung. Aus diesem Grund werden sie von einem Lexium 05 Servo-Antriebsverstärkersystem angesteuert. Über eine Profibus-Schnittstelle steuert dieser sowohl alle vier Achsen des Handlingsystems als auch alle pneumatisch angetriebenen Bewegungen der Anlage an. Im Antriebsverstärker sind Bauteile und Funktionen wie zum Beispiel »Power Removal « (Sicherer Halt) bereits integriert. Da damit zum Beispiel ein unbeabsichtigtes Starten des Motors verhindert wird, lässt er sich in das Sicherheitssystem von Maschinen integrieren. Ebenfalls bereits standardmäßig integriert ist ein Bremswiderstand.

Die Zuschnittstapelanlage verfügt über eine Teach-Funktion. Diese wird nach jedem Formatwechsel durchgeführt, bei welcher der Operator die Distanz der Trennbleche einstellt und mit den Höhen und Breiten der Zuschnittstapel abstimmt. Der Steuerungs-Algorithmus arbeitet auf Basis der im Teach-Lauf erfassten Werte. Bei diesem erfasst der Lasersensor am Greifer die Trennblechabstände und die neue Position der Zuschnittstapel sowie die Höhe der Palette, auf der die Stapel abzulegen sind. Zur Teach-Funktion gehört auch, dass in einer Gabellichtschranke nach jedem Formatwechsel jeweils beim ersten Stapel die korrekte Dimension der Zuschnitte kontrolliert.

Andrea Meiske, Berger Lahr/ps

Fakten

- Das Dreiachs-Portalhandlingsystem von Berger Lahr wird von AC-Synchron-Servomotoren mit Planetengetriebe angetrieben.

- Die Permanentmagnete der Motoren bestehen aus Neodym-Eisen-Bor.

- Durch die sehr hohen Impulsdrehmomente besteht keine Gefahr durch Entmagnetisierung bei Überlast.

Erschienen in Ausgabe: 07/2007