Roboter im Schrank Rock ’n’ Roll im Schaltschrank

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Schaltschränke „rocken“ ziemlich viel: Das junge Unternehmen BFSA hat den Maschinenbau neu gedacht und den Roboter in den Schaltschrank gepackt. So kann Automatisierung in der Fertigung auch funktionieren. Wir haben uns das vor Ort angesehnen.

Automation in der Fertigung wird immer wichtiger – vor allem für kleinere Betriebe. Doch es gibt Hürden zu überwinden. Ein Roboter braucht viel Platz, ist komplex zu bedienen und benötigt umfangreiche Sicherheitseinrichtungen.

Dass dies auch ganz anders geht, zeigt Black Forest Smart Automation (BFSA) aus Löffingen. Mehrere Patente zeugen von den außergewöhnlichen Ideen des jungen Unternehmens. Eine davon ist der Einsatz von Robotern in Schaltschränken von Rittal.

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Georg Willmann ist ein Unternehmer, wie er im Buche steht – tatkräftig, erdverbunden und begeistert von Innovationen. Mit diesen Eigenschaften schaffte er es, innerhalb von nur 25 Jahren in Löffingen im südlichen Schwarzwald eine von Deutschlands 20 größten Drehereien aufzubauen. Die WST Präzisionstechnik GmbH hat heute 650 Mitarbeiter, die an 250 Dreh-, Fräs- und Schleifmaschinen Präzisionsteile für die Automobilindustrie und andere Branchen fertigen. Inzwischen betreibt WST ein zweites Werk in Hüfingen und einen Standort in den USA.

Vor etwa sieben Jahren zeigte sich bei WST der Bedarf, Handling-Prozesse zu automatisieren. Es sollten das Entnehmen von fertig bearbeiteten Teilen und verschiedene nachgelagerte Arbeitsschritte wie Reinigen, Entgraten, Laserbeschriften oder Messen durch Roboter ausgeführt werden, um etwa vorhandene Drehautomaten auch unbeaufsichtigt weiterlaufen zu lassen. Willmann stellte Konstrukteure und andere Mitarbeiter ein, die maßgeschneiderte Lösungen entwickeln und bauen sollten.

Aus diesen Anfängen hat sich inzwischen die Tochtergesellschaft Black Forest Smart Automation entwickelt. Zu den ersten Mitarbeitern zählten Waldemar Klan, Teamleiter Konstruktion, und Martin Rudolf, Leitung Konstruktion, die bereits im Bereich Betriebsmittelbau starteten und den Grundstein in der Automatisierungstechnik legten. Insgesamt arbeiten 22 Spezialisten bei BFSA und decken alle Bereiche vom Vertrieb bis zu Fertigung, Montage und Service ab.

Zusätzliche Fertigungszeit gewonnen

„Unsere Anlagen ermöglichen es, Maschinen unbeaufsichtigt laufen zu lassen, beispielsweise in der Nacht oder am Wochenende“, sagt Christopher Mayer, Leitung Vertrieb. Kombiniert zum Beispiel mit einem Stangenlader, lässt sich so ohne zusätzlichen Personalaufwand Fertigungszeit gewinnen. „So amortisieren sich unsere Anlagen oft in einem halben bis einem ganzen Jahr. Allein bei unserer Mutter WST stehen inzwischen 65 unserer Anlagen – das ist sozusagen unser großer Showroom. Gleichzeitig können wir dort die Zuverlässigkeit der Anlagen nachweisen“, erklärt der Manager.

Auffällig sind die Details, die BFSA in seinen Lösungen umsetzt. Zum Beispiel bei einem Haas-Bearbeitungszentrum, bei dem gefordert war, dass der Roboter sehr weit in den Maschinenraum greifen muss, um das fertige Teil zu entnehmen. Hier wurde statt eines größeren Roboterarms – der entsprechend größere Massekräfte erzeugt hätte – der Arm auf eine Linearachse montiert.

Dieser fährt nun zum Entnehmen auf dieser Achse in den Arbeitsraum. Vorn an der Linearachse ist zusätzlich eine Drehvorrichtung angebracht, die den Maschinenschraubstock im Bearbeitungszentrum zum Entnehmen und neu Bestücken öffnet und schließt. Die Patentierung dieses „intelligenten“ Schraubstocks wurde bereits erteilt.

Bei anderen Lösungen werden die Werte der Bauteil­vermessung, die in der BFSA-Zelle vorgenommen wird, genutzt, um die Maschinenparameter zu korrigieren. So wird beim Drehen eine Toleranz von 15 Mikrometern prozesssicher eingehalten, auch wenn sich die Maschine aufheizt oder abkühlt. Damit lässt sich ein kompletter Bearbeitungsschritt in einer Schleifmaschine einsparen – was nicht nur viel Zeit, sondern weiteres Handling und Kosten spart.

Passt überall – kompakt und mobil

Sabine Machlitt, Einkaufsleiterin bei BFSA, nennt weitere Besonderheiten, die die Anlagen von anderen unterscheiden: „Erstens sind sie kompakt, die Grundfläche der meisten Anlagen ist nicht größer als die einer Europalette – und dafür ist in der engsten Produktionshalle noch Platz. Zweitens sind sie mobil und können für Arbeiten an der Maschine zur Seite gerollt werden. Und nicht zuletzt sehen unsere Anlagen gut aus, weil sie in einen Schaltschrank integriert werden und so äußerlich sehr sauber aufgebaut sind.“

Und wie kam es zu dieser außergewöhnlichen Verwendung von Schaltschränken im Maschinenbau? „Ich hatte schon länger die Idee, Roboter in Schaltschränken zu montieren“, erinnert sich Markus Pfeifer, Erfinder und Leiter der Programmierung. „Bei BFSA konnten wir diese Idee in die Realität umsetzen. Statt eines schweren Maschinengestells, das den Roboter trägt und verkleidet, um den Arbeitsbereich des Roboters zu schützen, nutzen wir Schaltschränke von der Stange. Wir haben uns dabei für Rittal als Lieferanten entschieden, weil das Unternehmen nicht nur die besten Schaltschränke baut, sondern auch unsere Wünsche schnell und unkompliziert umsetzt.“

Und er zählt noch weitere Vorteile auf. „Von der Tür mit formschönem Verschlussgriff bis zu den Befestigungselementen der Seiten- und Rückwände sind die Schränke hervorragend verarbeitet.“ Die Konstruktion sorgt zudem mit Knotenblechen und Verstärkungen dafür, dass die Schaltschränke den Massenkräften eines Handling-Roboters standhalten und steif genug sind.

Im Schaltschrank wird gereinigt

Die bei BFSA eingesetzten Standard-Anreihschränke des Typs VX25 lassen sich modular kombinieren, beispielsweise besteht eine Reinigungsstation aus drei u-förmig aneinandergereihten Schränken. Die fertig bearbeiteten Teile werden aus der Drehmaschine entnommen, gereinigt, bis kein Schmutzpartikel mit mehr als 300 µm mehr anhaftet, und schließlich in Trays abgelegt. Komplett gefüllt, werden die Trays noch im Schrank verpackt und damit sichergestellt, dass kein neuer Schmutz an die Teile kommt. Hier nutzt BFSA die Tatsache aus, dass die Schaltschränke mit standardmäßiger Schutzart IP 55 luft- und damit auch staubdicht sind.

Andere Lösungen enthalten eine Laserstation, in der Bauteile nach dem Vermessen mit einem Data Matrix Code (DMC) markiert werden. Hier ist es notwendig, sicherzustellen, dass der Laserstrahl in keinem Fall aus der Umhausung herausstrahlen kann. Auch dies ist bei den Schränken durch Zertifizierungen sichergestellt und dokumentiert.

Ab Werk zertifizierter Schrank

„Ein großer Vorteil der Schaltschränke sind die umfangreichen Zertifizierungen, die sie ab Werk mitbringen und die wir für unsere CE-Konformitätserklärungen nutzen können“, erklärt Pfeifer weiter. „Das reicht von der Luft- und Lichtdichtigkeit bis hin zur mechanischen Belastbarkeit der Seitenwände und Türen, was uns den Nachweis der mechanischen Absicherung des Roboterarbeitsraums erleichtert.“

Im unteren Bereich der Schaltschränke verbaut BFSA einen weiteren, kleineren Schaltschrank vom Typ AX, in dem die komplette Steuerung der Station eingebaut ist. Die Tür des großen Schranks wird mit einer Aussparung versehen, sodass der Bediener ohne Öffnen der Tür auf die Bedienelemente der Steuerung zugreifen kann. Um die weiteren Ausschnitte in Türen und Seitenwänden anzufertigen, stellt BFSA Rittal entsprechende STEP-Dateien zur Verfügung. Dort werden dann die gewünschten Ausschnitte gelasert und die Schränke anschließend schwarz lackiert.

Auch die Zugänglichkeit des Schranks überzeugt Pfeifer: „Mit einem halben Dutzend Schrauben ist die Rückwand abgenommen, vorn bieten die Doppelflügeltüren Zugang über die gesamte Vorderfläche.“

Der Programmierer ist mit der Zusammenarbeit sehr zufrieden: „Rittal ist immer lieferfähig, innerhalb von sechs Wochen bekommen wir die modifizierten Schränke mit den von uns definierten Ausschnitten gelasert, lackiert und geliefert.“

Pfeifer schaut zurück: „Anfangs haben wir unsere Lösungen konventionell gebaut, auf einem geschweißten Maschinengestell und einer Haube aus Profilen, Blechen und Plexiglas. Das bedeutete: viele Komponenten für das Gehäuse von mehreren Lieferanten, und damit viel Aufwand in Einkauf, Logistik und Buchhaltung. Bei Rittal kaufe ich genau einen Schrank und bin fertig – das bringt uns locker 20 Prozent Zeitersparnis und mehr. Die Modularität ermöglicht es uns, beim Konstruieren neu zu denken und innovativere Lösungen umzusetzen, die durch die vorhandenen Zertifizierungen des Schranks schneller dokumentiert sind.“

Machlitt schließt: „Durch den Umstieg auf Rittal sind die Anlagen nicht nur schöner, sondern auch leichter geworden. Die Rollen an den Schränken ermöglichen sogar, eine Zelle abwechselnd an mehreren Maschinen zu nutzen und das System langsam wachsen zu lassen. Das ist ein weiterer Vorteil und ein Schritt näher zu unserem Ziel, Automatisierungslösungen auch für kleinere Unternehmen anbieten zu können.“ (kr)

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