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Leichtbaurobotik: Mit Cobots Kosten und Durchlaufzeiten reduzieren

Sie verrichten Pick&Place-Aufgaben, verschrauben und montieren Teile und werden nicht zuletzt zum Verpacken genutzt, die Rede ist von mittlerweile acht kollaborierenden Roboterarmen, die Firma A. Jung in seine Produktionslinien für Elektroinstallationstechnik integriert hat.

Kalloborierende Roboterarme, Universal Robots Bildquelle: © Universal Robots

Hoher gestalterischer Anspruch und Ingenieurskunst sind bei Albrecht Jung untrennbar miteinander verbunden. Das 1912 gegründete und bis heute im Familienbesitz befindliche Unternehmen ist Hersteller klassischer Elektroinstallationen und intelligenter Gebäudetechnik mit einem umfangreichen Portfolio an Schaltern, Steckdosen, Dimmern, Wächtern und Steuerungssystemen. Diese sind im Berliner Bundeskanzleramt oder der Münchner Allianz Arena genauso zu finden wie in privaten und gewerblichen Bauten in aller Welt.

Aufgrund der steigenden Anforderungen des Marktes ist Jung bestrebt, seine gesamte Wertschöpfungskette so zu optimieren, dass alle darin anfallenden Aktivitäten bestmöglich aufeinander abgestimmt sind. „Wir richten unsere Fertigung schon seit 15 Jahren an Lean-Prinzipien aus“, erklärt Produktionsleiter Mario Schäfer während eines Rundgangs durch die Werkshalle am zweiten Standort des Unternehmens in Lünen, wo sich mehr als 50 Fließfertigungsinseln befinden. „Dafür verfügen wir über ein eigenes Team, das sich intensiv mit Optimierungsmöglichkeiten beschäftigt. Um unsere Produktion möglichst verschwendungsarm zu gestalten und flexibel auch kleine Losgrößen herstellen zu können, sind wir stets auf der Suche nach modernsten Fertigungsverfahren.“ Neben der modernen Produktion befindet sich im Zweigwerk Lünen auf dem 25.000 m² großen Firmengelände auch das Logistikzentrum.

Cobots arbeiten wie menschlicher Arm, Universal Robots Bildquelle: © Universal Robots

Es gilt die Faustregel: Was ein menschlicher Arm leisten kann, können Cobots auch. Sie arbeiten dabei so sicher und zuverlässig, dass nach erfolgreich abgeschlossener Risikobeurteilung auf Schutzum-hausungen verzichtet werden kann.

Mit traditionellen Industrierobotern hat Jung bereits seit geraumer Zeit Er­fahrung bei der Montage verschiedener Einzelkomponenten zu Fertigteilen gesammelt – jeweils für eine einzige feste Aufgabe programmiert und durch Sicherheitssysteme vom Menschen abgeschottet. „Diese Roboter sind in Anschaffung und Wartung relativ teuer und eignen sich nur für große, immer gleiche Produk­tionsserien. Für ihre Programmierung sind wir auf externe Experten angewiesen. Jetzt wollten wir etwas Neues aus­probieren“, erzählt Schäfer und meint damit konkret den Einsatz kollaborierender Roboter – auch Cobots genannt. Nach erfolgreich abgeschlossener Risikobeurteilung können diese Roboter auch ohne Schutzzaun Seite an Seite mit dem Menschen arbeiten. Beide Parteien ergänzen einander bei der sogenannten Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) in ihren Fähigkeiten: Während Cobots körperlich belastende oder monotone Tätigkeiten übernehmen, überwachen ihre menschlichen Kollegen die Produktion und können sich anspruchsvolleren Aufgaben widmen.

Roboter mit Fingerfertigkeit, Universal Robots Bildquelle: © Universal Robots

Kollaborierende Roboter eignen sich auch für Arbeiten, die Fingerfertigkeit erfordern – wie etwa das Verschrauben von Teilen.

Um den Weg hin zur MRK und in die Industrie 4.0 nicht allein beschreiten zu müssen, beteiligte sich Jung als einer von mehreren Pilotanwendern am Forschungsprojekt ‚Manuserv‘. „Bei dem Programm ging es darum, mit Hilfe einer Software zu klären, ob eine Teilautomatisierung der Fertigung für uns überhaupt zu empfehlen ist – und wenn ja, an welchen Stellen der Produktionslinie“, so Schäfer. Der studierte Maschinenbauer weiter: „Nach einer Simulation am Computer haben wir unseren ersten Roboter – einen UR5 von Universal Robots mit 5 kg Nutzlast – von Dahl Automation bezogen, ihn im Probebetrieb getestet und dann an einer Fertigungsinsel implementiert. Das war vor fünf Jahren.“ 

Besonderes Augenmerk richtete Jung dabei auf das Flussprinzip: Mensch und Cobot sollen eine harmonische kollaborierende Einheit bilden, deren Tätigkeiten genau aufeinander abgestimmt sind. Um mögliche Ängste vor einem Abbau von Arbeitsplätzen gar nicht erst aufkommen zu lassen, waren Betriebsrat und Belegschaft bei der Entwicklung der Auto­matisierungslösung von Anfang an mit an Bord – bis hin zur Schichtarbeiterin, die heute an einem der Fließfertigungs­arbeitsplätze gemeinsam mit dem Roboterarm ‚Smart Radios‘ zum Wandeinbau montiert. Dazu legt sie ein fertig montiertes Netzteil in eine Aufnahme und startet den UR5, den Jung im Jahr 2013 als ersten seiner UR-Roboter implementiert hat, durch einen Auslöseknopf. 

Cobot als Stand-Alone-Gerät, Universal Robots Bildquelle: © Universal Robots

Die Cobots werden bei Jung auch als Stand-Alone-Geräte eingesetzt – zum Beispiel beim Verpacken und Etikettieren.

Der Roboter setzt sich in Bewegung, nimmt das Netzteil mit seinem Zwei-Finger-Greifer auf und platziert es in einer Laserkammer, in der es auf der Vorder- und Rückseite gelasert wird. Im Anschluss entnimmt der Cobot das Teil und legt es in einer zweiten Aufnahme ab. Die Bedienerin faltet während des Laserns Versandkartons zusammen, reinigt fertig montierte Teile mit einem Tuch, packt sie in die Kartons und montiert parallel ein neues Netzteil.

„Die Vorzüge des kollaborierenden Roboterarmes wurden in der Praxis sehr schnell deutlich“, erläutert Schäfer: „Er ist einfach zu bedienen und führt die einprogrammierten Arbeitsschritte stets mit derselben Wiederholgenauigkeit aus. Außerdem benötigt er nur wenig Platz. Das waren für uns entscheidende Argumente, weiter in die MRK zu investieren.“ 

Und so montiert heute wenige Meter von ihrer Kollegin entfernt eine weitere Werkerin Lautsprecher für digitale Radios. Unterstützung erhält sie dabei von einem UR3-Roboter, der mit einem Schrauber ausgerüstet ist und eine Last von 3 kg handhaben kann. Auf ihr Startsignal hin greift der Roboter zwei Schrauben aus einer Vereinzelung und befestigt eine vorgesteckte Leiterplatte in einem Kunststoffgehäuse. Anschließend schraubt er Lautsprecher auf ein Kunststoffgitter.

Die Arbeiterin legt dem Roboter die Teile dafür vor, entnimmt sie danach wieder und sorgt für einen ausreichenden Vorrat an Schrauben. Während der UR3 die Teile hochpräzise miteinander verbindet, ergänzt sie weitere Komponenten. „Früher musste ich die Schrauben per Hand befestigen“, erzählt die Frau und fügt hinzu: „Das war oft eine Fummelei, denn die Schrauben sind recht klein – manchmal bin ich dabei abgerutscht. Dank des UR3 ist diese Arbeit für mich nun auch sicherer geworden. Außerdem spare ich pro Arbeitsgang wertvolle Zeit ein – und kann so wesentlich mehr Teile montieren.“