Die Floatglas-Herstellung ist ein heikler Prozess; geht hier etwas schief, gibt es zwangsläufig Scherben. Die größte Schwierigkeit bei der Herstellung besteht darin, das Glas fortlaufend als kontinuierlichen Prozess zu produzieren.

Konkret wird im Prozess die 1100 °C heiße Glasschmelze auf ein Zinnbad (Schmelzpunkt 232 °C) geleitet, auf dem die erheblich leichtere Glasschmelze gleitend weiter transportiert wird – bis zur vollständigen Erkaltung. Hieraus leitet sich auch der Name Floatglas ab. Vom Einleitebereich – auch „warmes Ende“ genannt – bis zum Endbereich – dem „kalten Ende“ – durchläuft das Glas auf seinem Weg einen Kühlofen, wird spannungsfrei abgekühlt, geprüft und schließlich mehrfach bis auf Wunschgröße geschnitten. Das Ausgangsmaß nach dem ersten Schnitt beträgt beachtliche 6000 mm × 3210 mm. Über dieses Verfahren lassen sich Glasdicken von unter 1 mm bis 24 mm Stärke herstellen.

Die Firma Hegla hat sich im Glasherstellungsprozess auf den Bereich hinter dem kalten Ende spezialisiert. Mit anderen Worten: Das Unternehmen aus Beve-rungen konzipiert und baut Förder- und Schneidanlagen sowie Puffer- und Lagersysteme. Hierbei kommen nach dem Schneiden und somit bei Erreichen der Endgröße Roboter zum Einsatz, die zuverlässig und kontinuierlich die Glasscheiben aus der Floatglas-Anlage entnehmen.

Für den amerikanischen Floatglas-Hersteller Cardinal bekam Hegla den Auftrag, eine Floatglas-Anlage mit mehreren Seiten-Ausgängen inklusive Zuschnitt- und Brechanlagen zu bauen. Das Handling der Glasscheiben an den Seitenarmen übernehmen in dieser Anlage je zwei Kawasaki-Roboter vom Typ ZX165U. Zuständig für die Entnahme der auf Kundenmaß geschnittenen Glasscheiben, heben diese Roboter mittels passender Geogreifer und Vakuumtechnik dazu die Glasscheiben von der Förderanlage im laufenden Betrieb ab und stapeln sie auf bereitgestellte Böcke ab. Die Böcke stehen auf Drehtellern, so dass sie ebenfalls im laufenden Betrieb durch eine 180°- Drehung gewechselt werden können. Auch hier steht – wie in der gesamten Floatglas-Herstellung – der kontinuierliche Prozess im Vordergrund.

„Oftmals ist es so, dass die Glasscheiben nur auf der Unterseite – der so genannten Zinnseite – gegriffen werden dürfen, um Verunreinigungen auf der Oberseite zu verhindern“, erklärt Stefan Reuter, Mitkonstrukteur der Anlage und Leiter des Engineering bei Hegla, und ergänzt: „Die Oberseiten der Scheiben werden zumeist noch in nachgelagerten Prozessen behandelt oder beschichtet. So auch bei dieser Anlage. Wir saugen daher die Scheiben durch eine Lücke im Förderband kämmend von unten an und heben sie aus der laufenden Anlage heraus.“

Das „Kämmen“ – eine Herausforderung

Der Roboter beim kämmenden Abheben der Scheibe durch das Band.

© Kawasaki

Der Prozessschritt des Kämmens war eine Herausforderung für die Ingenieure bei Hegla. Herzstück der hierfür konzipierten Lösung ist ein Förderband mit einer definierten Lücke, durch die der Greifer die Scheiben von unten entnehmen kann. Diese Umkonstruktion durfte die Steifigkeit des Bandes in keinster Weise beeinträchtigen. Normalerweise ist ein För-derband so konstruiert, dass sich auf beiden Seiten Führungsschienen befinden, die die Laufrollen aufnehmen. Da die Scheiben auf der Unterseite gegriffen werden müssen, würden der Roboter und der Greifer beim Ausheben mit den Rollen und den Schienen kollidieren. Eine Entnahme wäre somit unmöglich.

Das Förderband musste ergo derart konstruiert werden, dass an einer Stelle die Führungsschienen unterbrochen sind und der Roboter, der unterhalb des Bandes die Scheibe anfährt, an dieser definierten Stelle wie ein Kamm mit seinem Greifer und dem Oberarm durch das offene Band fahren kann. Eine mögliche Kollision mit Führungsschienen oder Rollen galt es dabei auszuschließen. Der Roboter fährt demnach unterhalb des Förderbands in Bandgeschwindigkeit parallel zur Scheibe mit, saugt diese an und hebt sie im Fluss vom Band ab.

Um diesen Ablauf sauber ausführen zu können, ist der Roboter mit einer Zusatzoption, dem so genannten Conveyer Tracking, ausgerüstet. Diese Funktion erlaubt eine absolute Synchronbewegung des Roboters zum Band, wodurch die heikle Aufnahme der Scheibe durch den Roboter im Fluss überhaupt erst ermöglicht wird. Hierzu nimmt ein Encoder an der Förderstrecke den Bandvorschub auf. Gleichzeitig registriert ein Sensor die momentane Position der Scheibe. Diese beiden Informationen nutzt die Robotersteuerung, um die sich ändernde Position der Scheibe auf der Fördereinheit nachzuhalten und den Kämmprozess der Scheibe 0,1-mm-genau zu steuern. Die daraus entstandene Gesamtfunktion – das kämmende Abnehmen der Scheiben „on the flow“ – ist eine Entwicklung von Hegla, auf die die beteiligten Konstrukteure zu Recht stolz sind.

Während des Förderprozesses erfolgt eine Ausrichtung der Glasscheiben auf dem Band, so dass der Roboter immer eine exakte Aufnahmeposition hat und die Scheiben sauber und geordnet auf den Böcken abstapeln kann. Zur genauen Ausrichtung auf den Böcken fährt der Roboter zusätzlich an eine definierte Scheibenkante und drückt die Scheiben vorsichtig in Position, um eine saubere und definierte Stapelkante zu gewährleisten. Für diesen aktiven Ausrichtvorgang wurde konstruktiv eine spezielle Ausrichtkante am Greifer installiert, die als Referenz dient.

Die Scheibenmaße in der Anlage reichen von 500 mm × 500 mm bis zu einer Größe von 2450 mm × 1850 mm, bei einer Dicke von 2,2 bis 6 mm. Das Scheibengewicht schwankt zwischen 1,4 und 70 kg. Zur Entnahme der unterschiedlichen Scheibenformate kommen allerdings nur zwei Greifervarianten zum Einsatz, die je nach Bedarf von den beiden Kawasaki-Robotern automatisch gewechselt werden. Der Einsatz von nur zwei unterschiedlichen Greifern ist besonders wichtig, da der Platzbedarf bei fast jeder Automation so gering wie möglich gehalten werden muss – denn Fläche kostet Geld! Besonders in dieser Applikation hat der Roboter  zwischen Band und Ablageposition, sowie durch die notwendige, sanfte Abnahmeprozedur (kämmen) wenig Fläche für zusätzliches Equipment in seinem Arbeitsbereich. Eine besonders sorgfältige Programmierung und eine geschickte Kombination unterschiedlicher Scheiben je Greifer haben schließlich zu einer „Minimierung durch Erfahrung“ geführt. Die Taktzeit beträgt 12 bis 18 Sekunden – je nach Größe der applizierten Scheiben.

Optimierung auf Traglast oder Geschwindigkeit

Wie unschwer ersichtlich ist, variiert das Gewicht von Greifer inklusive Glasscheibe sehr stark und reicht an die maximale Traglast der eingesetzten Roboter von 165 kg heran. Die Ingenieure von Kawasaki haben aus diesem Grund eine spe-zielle Anpassung vorgenommen und sich die Tatsache zu Nutzen gemacht, dass der ZX165U in gleicher Bauart auch als 130- oder 200-kg-Maschine verfügbar ist.

Technisch unterscheiden sich die Roboter im Setting der Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen sowie der Maximalgeschwindigkeit der einzelnen Achsen im Zusammenspiel mit dem kinematischen Modell des Roboters. Hierdurch wird die Maximalgeschwindigkeit der Gesamt-Kinematik und die maximale Beschleunigung und Verzögerung gewichtsbedingt reduziert und variiert, so dass sich der Verschleiß so gering wie möglich halten lässt. Der Roboter wird somit je nach Bedarf auf Geschwindigkeit oder Traglast optimiert. Diese Veränderung ist nicht zu vergleichen mit einer gewichtsbedingten Anpassung der Geschwindigkeiten des Standardroboters. Der Wechsel der Modellvarianten ist sehr viel diffiziler und befindet sich auf einer Betriebssystemebene, die einem Anwender normalerweise verborgen bleibt.

Konkret hat Kawasaki – abgestimmt auf die Bedürfnisse von Hegla – eine Möglichkeit geschaffen, tief in die Steuerung einzugreifen. So können jetzt die unterschiedlichen Modellvarianten im Betriebssystem der Roboter automatisch neu gesetzt werden, so dass je nach Bedarf die 165-kg- oder die 200-kg-Variante in Betrieb ist. Dies minimiert den Verschleiß und garantiert die Langlebigkeit der Roboter bei gleichzeitig maximaler Taktzeit.

Die Automatisierung auf Basis von Robotern für das geschilderte Handling der Scheiben war für Hegla kein Selbstzweck. Angesichts der Scheibengrößen, der hohen Gewichte sowie der erheblichen Varianz und nicht zuletzt aufgrund der For­derung nach einer kontinuierlichen Förderung der Scheiben wäre diese Applikation manuell nicht realisierbar gewesen. Auch die Kosten sprechen für den Roboter-Einsatz: Bei theoretisch erforderlichen ein bis zwei Personen pro Schicht mit passender Handhabungshilfe amortisiert sich die vollautomatisierte Lösung in zwei bis drei Jahren. Ganz abgesehen von der Arbeitsbelastung, die schlichtweg zu hoch ist, um eine manuelle Entnahme kontinuier-lich „im Fluss“ zu gewährleisten.