27.05.2014

Roboter im Dienst des Sonnenschutzes

Obwohl es zeitweise nicht so aussieht, ist Deutschland mit bis zu 2.200 Sonnenstunden im Jahr ein von der Sonne verwöhntes Land. Durchschnittswerte von über sechs Sonnenstunden pro Tag sind somit ein guter Grund für die Erneuerung der Produktion von Sonnenschirmständern der Delschen GmbH & Co.KG in Grefrath am Niederrhein.


Bild 1: Zentraler Kawasaki ZX300S: Der Roboter transportiert den imprägnierten Stein in den Trockenofen. Im Hintergrund rechts, in der geschlossenen Lackierzelle, beschichtet der RS010N bereits den nächsten Stein. Im Hintergrund links, der Trocknungsofen und oben die Schleuse zum Trocknungsturm.
Bild: Kawasaki Robotics GmbH

Vor 70 Jahren gegründet erarbeite sich die J. Delschen GmbH & Co.KG einen Namen als Beton-Kesselofenwerk. Bereits in den 1960er-Jahren begann man wegen des nahezu identischen Herstellprozesses mit der Produktion von Sonnenschirmständern und löste damit die Herstellung von Kesselöfen ab. Seit 2004 führen die Söhne Volker und Gernot Delschen das Unternehmen in dritter Generation und liefern ihre Produkte in mehr als 30 Länder.

Von Hand nicht mehr möglich

Die über die Zeit enorm gestiegene Produktion war von Hand nicht mehr zu bewältigen. Stückzahl und auch das Gewicht der einzelnen Steine war zu groß geworden. Nach der bereits weitgehend automatisierten Fertigung der Ständer sollte auch das Beschichten automatisiert werden, sodass Venjakob aus Rheda-Wiedenbrück 2012 den Auftrag für den Bau einer vollautomatischen Beschichtungsanlage erhielt. Venjakob hat sich in seiner 50-jährigen Geschichte ein hervorragendes Renommee als Entwickler, Hersteller, Vertreiber und Dienstleister erarbeitet und sich zu einem international anerkannten und weltweit agierenden Systemhersteller von Oberflächen- und Abluftreinigungsanlagen sowie fördertechnischen Produkten entwickelt. Die von Delschen gesetzte Aufgabe spielte somit in idealer Weise in die Kernkompetenzen des Unternehmens. Die Produktion bei Delschen umfasst eine Vielzahl von unterschiedlichen Schirmständern mit einem Gewicht von 15 bis 160kg, Kantenlängen von 300 bis 800mm und Formen von rund über achteckig bis viereckig. Insgesamt ca. 20 verschiedene Grundvarianten, die sich in der Detailausstattung noch weiter unterscheiden, werden hier gefertigt. Die geforderten Taktzeiten variieren je nach Produkt und liegen zwischen 35s bei kleineren Steinen und vollautomatischer Beschickung und 90s bei manueller Einschleusung schwerer Betonsteine im Sonderformat.

Taktzeiten unterschritten

Das Anlagenkonzept von Venjakob beinhaltet drei Kawasaki Roboter. Einen Kawasaki ZX300S zum Handhaben der Steine zwischen Lagersystem, Beschichtungsanlage, Trockenofen und Schleusensystem (in Summe je sieben Aufnahme- und Ablagepositionen) und zwei RS010N zum Beschichten der Steine in zwei getrennten Lackierkabinen. Auf die Verwendung von Atex spezifizierten Lackierrobotern konnte hier verzichtet werden, da es sich bei den verwendeten Beschichtungsmedien um wasserbasierte Lacke handelt. Die Auswahl der Roboter richtete sich nach zwei grundsätzlichen Kriterien:

  • • So klein und wendig wie möglich, was zur Auswahl des Kawasaki RS010N als Lackierroboter führte.
  • • Maximales Offset und Drehmoment in den Handachsen sowie Reichweite, was zur Auswahl des Kawasaki ZX300S als Handlingsroboter führte.

Jeder Stein durchläuft zwei Beschichtungsgänge. In Zelle 1 wird eine porenschließende Grundierung aufgetragen. Dies dient der Lackreduzierung je Stein, ist aber auch gleichzeitig ein Schutz gegen Frostschäden im Gebrauch der Steine. In Zelle 2 werden Lacke unterschiedlicher Farbe als Finish aufgetragen. Nach dem ersten Beschichten durchlaufen die Steine einen Trocknungs- und Vorwärmgang bei 60°C bzw. einen reinen Trocknungsgang nach der zweiten Beschichtung. Zwischen den beiden Zellen ist hierfür, ein von Venjakob konzipiert und gebauter vierstöckiger Infrarot-Ofen installiert, der von beiden Seiten bestückt wird. Der Transfer zwischen Zellen und Ofen wird durch ein ebenfalls von Venjakob konstruiertes Shuttlesystem auf der einen Seite und dem ZX300S auf der anderen Seite realisiert. Die fertig beschichteten Steine werden bis zur vollständigen Aushärtung des Lacks in einem Trocknungsturm eingelagert.

Intelligente Sensorik im Einsatz

Da der Fertigungsprozess der Betonsteine sehr staubintensiv ist, ist ein Reinigungsprozess notwendig. Weiterhin werden die Steine in einer separaten Zelle am Ende des Lagersystems noch vor dem Reinigen vermessen. Als Qualitätsmerkmal ergeben sich aus Höhe und Gewicht die Dichte des Betons und die notwendige Montagehöhe der Schirmaufnahme in der nachfolgenden Verarbeitung. Die Steine werden dazu am Lagerausgang ausgerichtet und auf eine Transportaufnahme mit Wiegezellen überführt. Auf dem Weg in die Bürstzelle wird die Höhe mit Ultraschallsensoren 'on the fly' ermittelt. Alle Daten werden auf einem RFID Chip gespeichert. Teile die nicht dem Standard entsprechen, werden nach dem Lackieren ausgeschleust, von Fachpersonal begutachtet und gegebenenfalls verworfen oder manuell fertig montiert. In der geschlossenen Bürstzelle (keine Staubverschleppung) wird der Pressgrad und Oberflächenanhaftungen mit umlaufenden und Flächenbürsten von allen Seiten gereinigt. Am Ende der Zelle wird der Stein von dem Kawasaki ZX300S aufgenommen und in die erste Lackierzelle überführt. Insgesamt sieben Einzelpositionen verbindet der ZX300S als flexible zentrale Einheit in dieser Anlage.

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Teileverfolgung via ERP

Die Programmierung der Roboter erfolgte in drei Grundprogrammen, angepasst an die Basisformen und einem produktspezifischen Variablenhandling. Die Anwahl der Programmnummern erfolgt dynamisch in der übergeordneten Steuerung. Die Daten an sich werden in der Robotersteuerung gespeichert und organisiert. Die Kommunikation mit den Robotern erfolgt via Profibus. Das ERP-System übernimmt darüber hinaus die automatische Teileverfolgung sowie Handling und Übergabe aller weiteren prozessrelevanter Daten. Neben dem Gesamtprozess bestand die größte Herausforderung für Venjakob in der Realisierung angepasst an die gegebenen und unveränderlichen Platzverhältnisse. Nicht zuletzt resultieren daraus das Shuttlesystem zwischen den Lackierzellen und Ofen sowie der extrem platzsparend gebaute vierstöckige Trockenofen selbst. Eine manuelle Bedienung dieses Anlagenteils ist faktisch unmöglich.

Angepasste Roboter

Auch die Roboter wurden an diese Vorgaben angepasst. So wurden die RS010N im Winkel von 90° ('Roboterfußplatte senkrecht an der Kabinenwand'/aktivierbare Standardfunktion des Roboters) montiert um möglichst kleine Lackierzellen zu realisieren. Der ZX300S wurde mit dem Kawasaki eigenen Sicherheitsmodul Cubic-S ausgestattet, um eine möglichst enge und leichte Einhausung möglich zu machen. Auf diese Weise trug das Sicherheitsmodul neben der erhöhten Sicherheit zur Kostenersparnis im Zaunbau bei. Ein weiterer Aspekt der Sicherheit war die manuelle Be- und Entladung von Sonderformen mittels eines Schubladensystems, das ebenfalls an das Sicherheitsmodul gekoppelt ist. Im laufenden Betrieb kann mittels Cubic-S der Bereich der Schublade wahlweise aus dem befahrbaren Bereich des Roboters ausgegrenzt werden, um so ein Be- und Entladen der Schublade zu ermöglichen. Die Zelle erhält somit maximale Flexibilität im Betrieb. Im Normfall werden durch die Schublade in den Prozess eingeschleuste Steine, nach der Lackierung, von dem ZX300S in ein Stativ zur Trocknung abgelegt. Das Stativ wird nach vollständigem Befüllen manuell ausgewechselt.

Nächste Ausbaustufe geplant

Die Anlage ist seit Beginn 2013 in Betrieb, läuft störungsfrei und hat alle Erwartungen erfüllt, teilweise sogar übertroffen. Geplant ist eine weitere Ausbaustufe, die das automatische Bedrucken der Steinoberfläche mit Werbedrucken vorsieht. Der nächste Sommer kann in jedem Fall kommen. Die Delschen GmbH & Co.KG ist bestens präpariert!

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