Transportsystem mit zwölf Shuttles für die Kolbenmontage

Produktvarianten verdoppelt, Rüstzeiten halbiert

Der Sondermaschinenbauer Harrandt setzt in seinen Mess-, Prüf- und Montagelinien das Transportsystem SuperTrak von B&R ein. So ließen sich die produzierbaren Produktvarianten verdoppeln und gleichzeitig die Rüstzeiten halbieren. Das Transportsystem basiert auf der Langstator-Linearmotor-Technik. Seinen Kern bildet ein Schienensystem, auf das mit Werkstückträgern bestückte Shuttles gesetzt werden. Via Software lässt sich für jedes Shuttle eine beliebige Richtung, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Position individuell festlegen.
 Das Transportsystem SuperTrak von B&R macht die Montageanlagen von Harrandt flexibler.
Das Transportsystem SuperTrak von B&R macht die Montageanlagen von Harrandt flexibler.Bild: Feinwerktechnik Otto Harrandt GmbH

Samy Alain Song, Leiter der Innovations- und Elektronikabteilung bei der Firma Feinwerktechnik Otto Harrandt beschreibt eine der zentralen Herausforderungen bei der Montage von Kolben folgendermaßen: „Motorkolben sind nur auf den ersten Blick absolut rund und unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen. Sie müssen daher auf ihrem Weg durch eine Montageanlage einerseits extrem präzise und andererseits sehr behutsam gehandhabt werden.“ Eine Aufgabe, die im Laufe der Zeit immer höhere Anforderungen an die Montageanlagen stellte und stellt. Denn die Automobilhersteller haben etwa die Dicke des zu montierenden Kolbenrings in den letzten zehn Jahren um mindestens 50 Prozent reduziert, um die Motoreneffizienz zu steigern. Dadurch sind die Ringe fragiler geworden und es ist schwieriger, sie in einer 24/7-Fertigung stabil und zuverlässig zu handhaben und zu verarbeiten. „Schon kleine Abweichungen im Montageprozess können zu Qualitätsproblemen führen“, unterstreicht Song. Harrandt hat daher Montage- und Prüfprozesse, wie das mikrometergenaue Vermessen der Kolben und das Montieren der Kolbenringe sowie das Einpressen von Kolbenbolzen, selbst entwickelt und immer weiter verfeinert.

Traditionell werden die Kolben in der Montageanlage mittels verketteter Werkstück-Transportsysteme von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation transferiert. „Diese Systeme sind für hohe Stückzahlen eine kosteneffiziente Lösung und arbeiten sehr zuverlässig und stabil“, sagt Song. „Eine relativ hohe Zahl an benötigten Wechselteilen für bis zu 30 Kolbenvarianten und eine Umrüstzeit von im Mittel etwa 1,5h fallen bei großen Chargen in der Gesamtkostenbetrachtung kaum ins Gewicht. Bei heute aber auch üblichen Produktionslosen von wenigen tausend Stück sieht das anders aus. Diese Anwender benötigen flexiblere Produktionsmöglichkeiten mit wenigen Wechselteilen und kurzen Umrüstzeiten.“ Der Kolbenmarkt ist durch den Übergang zur E-Mobility auch von dieser Entwicklung hin zu kleineren Losen betroffen.

 SuperTrak ist besonders kompakt gebaut und lässt sich auch deshalb leicht montieren und warten.
SuperTrak ist besonders kompakt gebaut und lässt sich auch deshalb leicht montieren und warten.Bild: Feinwerktechnik Otto Harrandt GmbH

Neues Transportsystem für mehr Flexibilität

Harrandt hat daher für diese Anwender ein neues Anlagenkonzept entwickelt und jetzt die erste darauf aufbauende Montagelinie für Zweitakterkolben vorgestellt. Sie erlaubt das Messen, Prüfen und Montieren von 65 verschiedenen Kolbenvarianten bei Umrüstzeiten von 20 bis 30min. Zudem konnte die erforderliche Anlagenstandfläche stark reduziert werden. Die Grundlage für diesen mehrdimensionalen Fortschritt ist das auf der Langstator-Linearmotor-Technik basierende Transportsystem SuperTrak von B&R. Den Kern bildet ein Schienensystem, auf das mit Werkstückträgern bestückte Shuttles gesetzt werden. Via Software lässt sich für jedes dieser Shuttles eine beliebige Richtung, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Position individuell festlegen.

Die Montagelinie von Harrandt gruppiert sich um ein Schienenoval, bei dem die geraden Teilstücke aus jeweils zwei 1m langen Segmenten bestehen. Entlang dieser Geraden haben die Harrandt-Ingenieure insgesamt zehn Stationen verteilt. Auf dem geraden, 2m langen Teilstück, das auf der Frontseite der Anlage liegt, befinden sich sieben reine Mess- und Montagestationen. Auf dem gegenüberliegenden gleich langen Teilstück des Schienenovals haben die Ingenieure eine Beladestation und eine Entladestation sowie dazwischen eine Kalibrierstation für die vorgesehenen zwölf bis maximal 16 Shuttles platziert. Dabei ist es Harrandt, wie der Entwicklungsleiter stolz berichtet, mit der Einführung des neuen Transportsystems gelungen, die Standfläche gegenüber den Vorgängeranlagen mit gleicher Ausbringungsmenge und Stationszahl zu halbieren.

 Das Transportsystem SuperTrak bringt bisher nicht 
gekannte Flexibilität in die Montageanlagen von Harrandt.
Das Transportsystem SuperTrak bringt bisher nicht gekannte Flexibilität in die Montageanlagen von Harrandt.Bild: Feinwerktechnik Otto Harrandt GmbH

Lückenlose Überwachung der Shuttles

„Wir konnten die Mess- und Montagestationen von unseren Anlagen fast unverändert für die neue Anlagengeneration übernehmen. Das bedeutet zum einen für unsere Kunden gewohnt präzise und stabile Prozesse sowie Taktzeiten von 7s. Zum anderen konnten wir uns vornehmlich auf die neuen Möglichkeiten konzentrieren, die uns SuperTrak bietet“, ergänzt Song. Daher hat Harrandt auch die Steuerung für die Prozesse beibehalten und ihr eine B&R-Steuerung für das Ansteuern des SuperTrak-Transportsystems zur Seite gestellt. Mit der Erstellung der zugehörigen Software hat Harrandt Provitec, einen B&R Qualified Partner, beauftragt. Das Unternehmen steht dem Sondermaschinenbauer auch weiterhin beim Transfer und Aufbau des Software-Knowhows für Anschlussprojekte zur Seite.

Die Steuerungslösung bietet die hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit, die Harrandt für eine lückenlose Überwachung der zwölf (optional 16) Shuttles der Anlage und die Gewährleistung der Rückverfolgbarkeit benötigt. Darüber hinaus ermöglicht sie es, die Shuttles mit einer Stopp-Wiederholgenauigkeit von ±0,01mm softwaredefiniert an eine beliebige Position zu fahren, sodass z.B. unterschiedlich große Zylinder so ausgerichtet werden können, dass die Mantellinie immer auf der gleichen Stelle zu liegen kommt.

Harrandt hat diese Flexibilität bei der Positionierung genutzt, um einen universellen Werkstückträger für zylindrische oder quaderförmige Werkstücke zu entwickeln, der viele verschiedene Kolbengrößen aufnehmen kann. Alleine das hat bereits zur Verminderung der Anzahl der Wechselteile sowie der Rüstzeiten geführt. SuperTrak erlaubt zudem höhere Transportgeschwindigkeiten und es können Stationen aufgeteilt bzw. zwei identische Stationen genutzt werden, wenn der darauf ausgeführte Prozess zu taktzeitintensiv wäre. Das ist möglich, da Shuttles nicht benötigte Stationen einfach ohne Stopp durchfahren können.

B&R Industrie-Elektronik GmbH
http://www.br-automation.com

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