Das Unternehmen Holmatec Maschinenbau mit Sitz in Salzbergen stellt seit über 20 Jahren Sondermaschinen und -anlagen für verschiedene Industriezweige her – unter anderem für die Verpackungstechnik. Ob Säcke, Dosen, Trays – den Emsländern ist dabei nahezu jedes Packmittel bekannt. Für die Firma Armacell, einen weltweit tätigen Hersteller technischer Schäume mit Hauptsitz in Münster, galt es eine spezielle Aufgabe zu lösen: Dämmstoffwickel müssen direkt aus der Produktion kommend in Kartons verpackt und auf Paletten gestapelt werden. Ein Hallenplatz mit begrenzten Abmaßen war innerhalb der Produktion zur Erweiterung der Anlagen-Automatisierung schon fest eingeplant.

Inhaltlich stellte das Projekt für Holmatec zwar eine Standardaufgabe dar, da der Anlagenbauer alle Planungen in 3D vornimmt und so von Beginn an und bei sämtlichen Planungsschritten während der fünfmonatigen Projektlaufzeit die Maße der vorhandenen Halle im Blick hatte. Eine Herausforderung stellte jedoch das beachtliche Packmaß der Wickel dar. Dementsprechend bilden auf den in dieser Anlage verwendeten Großpaletten mit einem Maß von 1200 mm Länge und 2100 mm Breite auch nur sechs Kartons je eine Lage. Fünf Lagen werden pro Palette aufeinandergestapelt, um ein vollständiges Packbild zu generieren. Angepasst an die Produktgröße und die benötigte Reichweite entschied sich Holmatec für den Einsatz eines Palettierroboters vom Typ ZD130S von Kawasaki mit einer Reichweite von 3255 mm und einer Nutzlasten bis 130 kg. Zum Handhaben der Kartonzuschnitte wird dieser Robotertyp ebenfalls verwendet, allerdings in der 250-kg-Variante bei gleicher Reichweite. Lediglich zum Einlegen der Wickel in die Anlage konnte ein kleinerer Roboter mit einer Nutzlast bis 80 kg (RD080N) in die Planung aufgenommen werden.

„Das enorme Packmaß des Produkts bedingt große Reichweiten der Roboter und macht auch eine entsprechend große Dimensionierung der eingesetzten Greifer notwendig. Dadurch erhöht sich automatisch das Greifergewicht und somit wiederum die erforderliche Traglast der Roboter. Gleichzeitig integrierten wir verschiedenste Funktionen in die Aufgaben der einzelnen Roboter, so dass sich unsere Planung von Beginn an hauptsächlich auf die 130-kg- und 250-kg-Varianten der ZD-Palettierroboter bezog.“, erläutert Jürgen Keller, Vertriebsleiter bei Holmatec.

Wie sieht nun die umgesetzte Lösung im Detail aus? Die Wickel gelangen im Prozess über zwei Einlaufbänder zur Verpackungsstation. Die zur Verpackung notwendigen Kartons werden gleichzeitig auf Paletten als Zuschnitte bereitgehalten. Bei konventioneller Bauweise wäre der Einsatz von zwei so genannten Wrap-Around-Kartonaufrichtern – je einem pro Einlaufband – notwendig gewesen. Dies passte aus zweierlei Gründen nicht in das Konzept. Erstens wäre weitaus mehr Hallenfläche erforderlich gewesen und zweitens hätte diese Investition deutliche Mehrkosten nach sich gezogen.

Die Lösung liegt in der optimierten Nutzung der Roboter. Das heißt: Die zwei Kartonaufrichter wurden durch die Integration eines der beiden ZD-Roboter in das Anlagenkonzept ersetzt, der die Handhabung und Aufrichtung der Kartonzuschnitte übernimmt. Für die Konstruktion keine leichte Aufgabe, da hier eine Vielzahl an Funktionen im Greifer zu integrieren war, was sich massiv auf das Greifergewicht auswirkte. Die Gewichtssteigerung ließ sich allerdings soweit im Rahmen halten, dass die vorab getroffene Roboterauswahl in der Planung zwar von einem ZD130S zu einem ZD250S angepasst werden musste; der Arbeitsbereich und die Baugröße konnten allerdings beibehalten werden und auch das Layout erfuhr keine Änderung.

Ein von Holmatec konzipierter Multigreifer dient zur saugenden Aufnahme der Zuschnitte, kombiniert mit Klapp- und Haltefunktion zur Aufrichtung und Paletten-Handhabung.

© Kawasaki

Der so spezifizierte Roboter übernimmt die Bereitstellung der Kartonzuschnitte und dabei die Arbeit von zwei Kartonaufrichtern. Seine Aufgabe besteht einerseits in der Ausrichtung und Zuführung der Zuschnitte, andererseits im Auffalten der Kartons und dem Einknicken der Klebelaschen. Diese Funktion ist in den Zuführungsschwenk von fast 180° in Achse 1 integriert, der zum Einlegen der Zuschnitte in das Verpackungskarussell notwendig ist. Gleichzeitig blieben noch genug Gewichtsreserven erhalten, so dass das Handhaben der Leerpaletten ebenfalls als Funktion in den Greifer integriert werden konnte. Der Roboter ist damit maximal genutzt und spart den Einsatz von weiteren Peripherien sowie Taktzeit. Mit minimal 9,6 Sekunden ist letztere immerhin recht knapp bemessen.

Zentrales Element der Automation ist das achtarmige Karussell zum Verpacken der Wickel. Die Idee zu diesem Karussell war – wie auch beim Robotereinsatz – ein Resultat der beengten Platzverhältnisse sowie der vorgegebenen Taktzeit und wurde komplett von Holmatec entwickelt und konstruiert. Die Lösung sieht wie folgt aus: Zu jeder Zeit befinden sich acht Produkte in dem Karussell und werden dort verpackt. Durch diese Teilung ergibt sich die ideale Geschwindigkeit, um in passender Taktzeit die Wickel staufrei aus der Produktionsanlage zu entnehmen. Von einem dritten Palettierer, dem RD080N, werden die Wickel aus beiden Anlagen in die offenen Kartonzuschnitte eingelegt. Die nicht umreiften Wickel werden geschlossen gehalten und die Einlegeposition genau zentriert. Funktionen, die die Konstrukteure von Holmatec wieder in den Robotergreifer integrierten.

Im Karussell selbst werden die Seitenlaschen und die obere Lasche via Hotmelt-Verfahren verklebt und zugefaltet. Jedes Produkt erhält in diesem Zuge einen Barcode-Aufkleber. Die darauf enthaltenen Lager- und Produktdaten werden nachfolgend gescannt und verwaltet. Eine Datenaufnahme zur Qualitätssicherung und Nachverfolgbarkeit der Produkte ist somit in die Anlage integriert. Die Entnahme der fertigen Kartons übernimmt die 130-kg-Variante des Kawasaki-Roboters, der die Produkte auf die bereitgestellte Industriepalette palettiert und bei einem Palettenwechsel für das Vereinzeln der Leerpalette vom Stapel auf die Arbeitsposition sorgt.

In die Gesamtanlage ist eine Paletten-Fördertechnik inklusive Shuttle-Betrieb zum Ein- und Ausschleusen der Paletten mit entsprechender übergeordneter Steuerung integriert. Die Roboter selbst sind hier als Profibus-Slave eingebunden, werden zentral verwaltet und gesteuert. Mit dieser für Armacell realisierten Lösung hat Holmatec letztendlich eine Referenz-Anlage geschaffen, bei der alle eingesetzten Roboter maximal ausgelastet sind und dabei trotzdem über die notwendige Flexibilität verfügen, um unterschiedlichste Aufgaben innerhalb der Applikation zu übernehmen.