025 Gehäuse für Fernbedienung
Wenzler GmbH
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Produktivitätsfaktor Werkstück-Handling

Roboter gestütztes Teilehandling gewährleistet die qualitative und wirtschaftliche Instrumenten-Fertigung

Der Kostendruck und die scharfe Konkurrenz zwingen die Metall verarbeitenden Unternehmen verschiedenster Branchen dazu, schnellstmöglich alle erdenklichen Ratio-Potenziale zu erschließen und damit der Wettbewerbsfähigkeit dauerhaft eine tragfähige Basis zu geben. Doch allein mit dem Investment in die neueste Werkzeugmaschinen-Technik ist es nicht getan, denn was nützen Hochleistungs-Bearbeitungszentren, wenn sie in der Praxis mangels „adäquater“ Peripherie ihre Leistungsfähigkeit gar nicht ausspielen können.

Im Bereich der Herstellung diffiziler Chirurgie-Instrumente von „Produktion“ zu sprechen, verbietet sich wegen der hohen Anforderungen an Funktionalität, Qualität und Lebensdauer fast schon von selbst. Wohl deshalb führt die Firma Raimund Wenzler GmbH aus Balgheim bei Tuttlingen den Zusatz „Instrumenten-Manufaktur“ und erhebt damit auch zugleich den Anspruch, in diesem Segment weltweit zu den Besten der Besten zu gehören. Untermauert wird dies durch die Historie des Hauses Wenzler, nach der seit der Gründung im Jahr 1932 ausschließlich Qualitäts- und Präzisions-Instrumente für viele Anwendungen in der HNO-, Wirbelsäulen- und Neuro-Chirurgie, Laminektomie, Gynäkologie, Laryngo-Broncho-Oesophagoskopie sowie Knochen-Chirurgie hergestellt werden. Bei der Wenzler GmbH sind über 50 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt, davon rund 40 im Stammwerk und weitere 10 in Heimarbeit. Das Gros der Belegschaft besteht aus hoch qualifizierten Chirurgie-Mechanikern und CNC-Zerspanungsmechanikern, wobei sich Letztere eines hoch modernen CNC-Maschinenparks bedienen und erfreuen können. Doch selbst die 6 hoch qualifizierten und hoch motivierten Betreuer für die CNC-Maschinen, von denen im Mehrschichtbetrieb jeder bis zu 3 Maschinen bedient, geraten irgendwann mitsamt ihren Maschinen an natürliche Grenzen. Andererseits nimmt auch in solchen Spezialgebieten wie der Chirurgie-Mechanik der Kostendruck dauernd zu, so dass am Ende eben nicht nur die Kreativität für optimale Lösungen, die Präzision für feinfühliges Operieren, und/oder die Qualität für eine hohe Lebensdauer-Genauigkeit der Instrumente den Preis bestimmen. In der Konsequenz führt dies dazu, alle sinnvollen sprich beherrschbaren und sich kurz- bis mittelfristig rechnenden Möglichkeiten zur Automatisierung zu nutzen, um auch unter erschwerten Bedingungen die notwendigen Deckungsbeiträge, Erträge und Gewinne erwirtschaften zu können.

Automatisierung steigert Wettbewerbskraft

Doch das Thema Automatisierung wird in mittelständischen Betrieben vielfach zurecht eher kritisch gesehen, zumal dann, wenn es wie hier um vergleichsweise kleine Stückzahlen bei steigender Varianten-Vielfalt geht. Grundsätzlich steht dann nämlich die nutzbare Flexibilität im Vordergrund, die aber z. B. bezüglich Reduzierung der Durchlaufzeiten und geforderter Steigerung der Produktivität keinerlei Einschränkungen mit sich bringen sollte. Das aber ist einfacher gefordert als getan, weil sich nur wenige Hersteller von Werkzeugmaschinen von Haus aus mit der Thematik „Integriertes automatisches Werkstückhandling“ befassen und ansonsten die Systemverantwortung wegen der Schnittstellen-Problematik gerne an einen Sondermaschinenbauer übergeben. Es gibt jedoch noch einen ganz anderen Weg zur Voll-Automatisierung und diesen beschritten der Kunde Raimund Wenzler GmbH und der System-Lieferant SHL Automatisierungstechnik AG, 78583 Böttingen, zusammen. SHL hat sich in den über 15 Jahren ihres Bestehens als Spezialist für Roboter-Lösungen zum Bearbeiten und Finishen von Metallteilen in vielen Ländern einen sehr guten Namen gemacht und in dieser Zeit auch ein enormes Know How im vollautomatischen Werkstück-/Werkzeug-Handling erworben. Jüngste Entwicklung ist eine standardisierte Roboterzelle zum Beschicken von Bearbeitungszentren; wobei sich diese Lösung durch den modularen Aufbau und die strikte Verwendung von Industrie-Komponenten wie z. B. einem 6-Achsen-Industrieroboter von vorneherein von allen bekannten Werkstück-Beschickungseinrichtungen stark unterscheidet. Bestehend aus einem 6-Achsen-Industrieroboter KUKA KR 3 inklusive Schaltschrank und Steuerung, einer Paletten-Handlinganlage für Paletten bis Größe 400 x 600 x 125 mm (B x L x Palettenladehöhe H ), einem Doppelgreifer mit Roboterflansch, Wechselbacken für andere Werkstücke sowie verschiedenen Werkstück-Paletten für unterschiedliche Werkstücke, gibt es hier erstmals ein komplett ausgerüstetes, betriebsbereites Werkstück-Handlingsystem als Einheit, das nur noch mit dem jeweiligen Bearbeitungszentrum gekoppelt werden muss.

Wenn das BAZ mit der SHL-Roboterzelle

Folglich beschränken sich die spezifischen Anpassungsarbeiten auf den Einbau der Schiebetür (für den Belade-/Entladevorgang) in der Maschinen-Verkleidung, die Schutzeinrichtung aus Aluprofil und Macrolon-Sichtfenstern, die Anfertigung der Greiferbacken sowie Aufnahmen für die jeweiligen Werkstücke, die Montage- und Inbetriebnahme und natürlich der Schulung des Personals. Der Anwender erhält somit aus einer verantwortlichen Hand das ganze Paket, dessen Funktionalitäts-Elemente zuvor mittels Simulationsprogramm auf die Machbarkeit hin untersucht wurde. Entgegen den sonst fest in die Maschinen integrierten oder zumindest fest mit ihnen gekoppelten Werkstück-Handlingsystemen, gibt es zwischen den BAZ`s der verschiedenen Hersteller und der Roboterzelle von SHL keine mechanische Verbindung, was laut Andreas Wenzler, mit Martin Wenzler zuständig für die Fertigung, nachweisbare Vorteile betreffend Genauigkeit und Qualität beim Bearbeiten bringt, weil zusätzliche Vibrationen vermieden werden. Im „Fall Wenzler“ wurde die SHL-Roboterzelle mit einem Brother-Bearbeitungszentrum gekoppelt, was sich nach Angaben von Andreas Wenzler, der die CNC-Fertigung leitet, als eine sehr praktikable Systemlösung darstellt: „Wie andere Firmen auch, standen wir vor der Frage, ob wir die aufwändige mechanische Bearbeitung überhaupt zu den deutschen Bedingungen durchführen können. Wir entschieden uns dann aber für die Automatisierung der BAZ`s und haben mit dem Pilotprojekt sehr gute Erfahrungen gemacht.

Für unsere präzisen Kleinteile reicht der 3 kg-Roboter vollkommen aus, der sich dank seiner 6-Achsen-Kinematik auch bei den beengten Arbeitsbereichen im Brother-BAZ agil bewegen kann“. Die Roboterzelle von Wenzler speichert 4 Tablare mit insgesamt 100 „universellen“ Rohlingen, aus denen dann theoretisch bis zu 100 verschiedene Werkstücke gefertigt werden können. Für diese Teile ist weder ein Paletten-/Aufnahmenwechsel noch ein Greiferwechsel notwendig. Sollten andere Teile zu fertigen sein, reduziert sich der Umrüstaufwand auf die Werkstück-Aufnahmen, den (Doppel-)Greifer und das Programm. Andreas Wenzler erläuterte dazu: „Wir setzen ein Nullpunkt-Spannsystem ein und deshalb ist es egal, welches Teil oder welche Variante wir gerade fahren. Prototypen und kritische Werkstücke kommen am Tag unter Aufsicht auf die Maschine, nachts fahren wir dann die Serienteile“.

Flexibilität maximal – Umrüstaufwand minimal

Die weitgehende Verwendung von Standard-Komponenten hat auch den Vorteil, dass eine sehr hohe Prozesssicherheit gegeben ist. Die Automatisierung wiederum trägt nicht nur in Bezug auf die gesteigerte Performance Früchte, sondern auch dahingehend, dass weniger Hilfskräfte benötigt werden, Ermüdungserscheinungen ausgeschlossen sind und somit Fehler minimiert werden, die Arbeitsprozesse durch reproduzierbare Zyklen und gleich bleibende Qualität gekennzeichnet sind und auch weniger Platz benötigt wird. Die Kombination aus Brother-BAZ und SHL-Roboterzelle sparte auch das Investment in benötigte Kapazitäten sprich eine weitere Maschine, denn die Fertigungszelle kann je nach Bearbeitungszeit pro Teil mindestens 26 bis weit über 40 Stunden vollkommen autark produzieren. Die Roboterzelle ver- und entsorgt sich und das BAZ selbst, in dem die nächste Palette mit Hilfe des Roboters vollautomatisch in die Arbeitsposition gebracht wird. Das hat auch Vorteile bei der Fertigung von Paarungs-Teilen (links/rechts), die exakt aufeinander abgestimmt sein müssen, weil jedes Paar-Einzelteil an dafür vorbestimmten Paletten-/Aufnahmepositionen seinen Platz hat und demnach problemlos zusammengeführt werden kann. Das durchgängige Roboter-Handling unterstützt darüber hinaus auch die Fertigungs-Qualität, denn die präzisen Kleinteile fallen nicht in einen Behälter, sondern sie werden durch ab- und umgreifen entnommen bzw. gedreht und zur Endbearbeitung an allen Seiten wieder in die Spannaufnahme eingesetzt. Die Firma Wenzler ist mit der Roboterzelle sehr zufrieden und plant bereits die nächste Zelle, bei der es aber um ein anderes Bearbeitungszentrum gehen wird. Der modularen SHL-Roboterzelle ist das so zusagen egal, denn sie lässt sich quasi mit jedem Bearbeitungszentrum oder auch mit CNC-Drehzentren kombinieren. Außerdem ist sie so „offen“ konzipiert, dass bei größeren und schwereren Werkstücken einfach ein größerer Roboter (KUKA KR 6 o. a.) zum Einbau kommt. Die Kosten für solche flexiblen Roboterzelle halten sich in engen Grenzen, so dass im Normalfall eine Amortisationszeit von unter einem Jahr gegeben ist.