Obwohl es zeitweise nicht danach aussieht, ist Deutschland mit bis zu 2200 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 bei Delschen in Grefrath am Niederrhein. Vor 70 Jahren gegründet, erarbeitete sich das Unternehmen zunächst einen Namen als Beton-Kesselofenwerk. Bereits in den 60er-Jahren begann man wegen des nahezu identischen Herstellprozesses mit der Produktion von Sonnenschirmständern und löste damit die Herstellung von Kesselöfen ab.

Die über die Zeit enorm gestiegene Produktion war schließlich von Hand nicht mehr zu bewältigen. Stückzahl und auch das Gewicht der einzelnen Steine waren zu groß geworden. Nach der bereits weitgehend automatisierten Fertigung der Ständer sollte folglich daneben das Beschichten automatisiert werden. Den Auftrag für den Bau einer vollautomatischen Beschichtungs­anlage erhielt die Firma Venjakob aus Rheda-Wiedenbrück, ein weltweit agierender Systemhersteller von Oberflächen- und Abluftreinigungsanlagen sowie fördertechnischen Produkten.

Maximale Flexibilität auf engstem Raum: Der Handlingroboter verbindet als zentrales Element dieser Zelle sieben Einzelpositionen.

© Kawasaki Robotics

Jeder Stein durchläuft zwei Beschichtungsgänge. In Zelle 1 wird eine porenschließende Grundierung aufgetragen. Dies dient der Lackreduzierung je Stein, ist aber gleichzeitig ein Schutz gegen Frostschäden. In Zelle 2 werden Lacke unterschiedlicher Farbe als Finish aufgetragen.

Nach dem ersten Beschichten durchlaufen die Steine einen Trocknungs- und Vorwärmgang bei 60 °C beziehungsweise einen reinen Trocknungsgang nach der zweiten Beschichtung. Zwischen den beiden Zellen ist hierfür ein von Venjakob konzipierter, 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 Handlingroboter auf der anderen Seite realisiert. Die fertig beschichteten Steine werden bis zur vollständigen Aushärtung des Lacks in einem Trocknungsturm eingelagert.

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 erfolgt „on the fly“ die Ermittlung der Höhe mittels Ultraschallsensoren. 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) werden Oberflächenanhaftungen mit umlaufenden und Flächenbürsten rundherum beseitigt. Am Ende der Zelle wird der Stein vom Roboter aufgenommen und in die erste Lackierzelle überführt. Insgesamt verbindet er als flexible zentrale Einheit sieben Einzelpositionen in dieser Anlage.

Die Programmierung der Roboter erfolgte in drei, an die Basisformen angepassten Grundprogrammen und einem produktspezifischen Variablenhandling. Die Anwahl der Programmnummern geschieht dynamisch in der übergeordneten Steuerung. Dabei werden die Daten an sich in der Robotersteuerung gespeichert und organisiert. Via Profibus erfolgt die Kommunikation mit den Robotern. 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 Anpassung der zu realisierenden Anlage an die gegebenen und unveränderlichen Platzverhältnisse. Nicht zuletzt resultieren daraus das Shuttlesystem zwischen den Lackierzellen und dem Ofen sowie der extrem platzsparend gebaute vierstöckige Trockenofen selbst. Eine manuelle Bedienung dieses Anlagenteils ist faktisch unmöglich. Doch auch die Roboter wurden an diese Vorgaben angepasst: So erfolgte etwa die Montage der RS010N im Winkel von 90° – sprich senkrecht an der Kabinenwand –, um eine möglichst kleine Lackierzelle zu realisieren.

Der Handlingroboter wiederum wurde mit dem Kawasaki-eigenen Sicherheitsmodul Cubic-S ausgestattet, um eine möglichst enge und leichte Einhausung zu realisieren. Über eine separate Rechnereinheit, die im Controller in­tegriert ist, lassen sich grundsätzlich acht unterschiedliche Funktionen ab­rufen: Überwachung der Arbeitsbe­reiche sowie der Achsen des Roboters, Geschwindigkeitsüberwachung, Stillstandsüberwachung, Überwachung der Werkzeugorientierung, Not-Halt-Funktion in den Stoppkategorien 0 bis 2, Not-Aus-Funktion in den Stoppkate­gorien 0 und 1 sowie Ausgabe der Sicherheitszustände aller beschriebenen Funktionen oder der Zustände der Sicherheitseingänge. Der Roboter wird über diese Funktionen in seiner Bewegung derart eingeschränkt, dass Arbeitsbereiche außerhalb des aufgabenbedingten Bereichs von ihm nicht erreichbar sind. Selbst bei einer Fehlprogrammierung schaltet der Roboter durch die permanente Überwachung seiner Bewegungen sofort bei Erreichen eines verbotenen Bereichs ab.

Neben der erhöhten Sicherheit trug das Safety-Modul letztlich 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 Normfall werden durch die Schublade in den Prozess eingeschleuste Steine nach der Lackierung vom Handlingroboter in ein Stativ zur Trocknung abgelegt. Das Stativ wird nach vollständigem Befüllen manuell ausgewechselt. Im laufenden Betrieb lässt sich mittels Cubic-S der Bereich der Schublade wahlweise aus dem befahrbaren Bereich des Roboters ausgrenzen, um auf diese Weise ein Be- und Entladen der Schublade zu ermöglichen. Die Zelle erhält somit maximale Flexibilität im Betrieb.

Die Anlage ist seit 2013 in Betrieb, läuft störungsfrei und hat die gestellten Erwartungen nicht nur erfüllt, sondern teilweise sogar übertroffen. Nun ist eine weitere Ausbaustufe geplant, die das automatische Bedrucken der Steinoberfläche mit Werbedrucken vorsieht.

Autor: Carsten Stumpf ist Senior Marketing & Sales Manager bei Kawasaki Robotics.