Oktober 2021
Automatisierte Behälterproduktion für Großküchengeräte
Seit seiner Gründung im Jahr 1973 mit damals nur 18 Mitarbeitern hat sich der deutsche Hersteller RATIONAL GmbH aus Landsberg zum Weltmarktführer für Dampfgargeräte für gewerbliche Großküchen entwickelt.
Zusammen mit seinen 31 Tochtergesellschaften weltweit beschäftigt der börsennotierte Hersteller von Großküchentechnik mittlerweile mehr als 2.200 Mitarbeiter, wobei allein ausgebildete Köche ein Viertel der Belegschaft ausmachen.
Der vollautomatische Produktionsablauf auf einen Blick: Der im Vordergrund gut sichtbare Handlingroboter FD-V210 von OTC DAIHEN EUROPE belädt die Laserschweißzellen und entnimmt die entsprechenden Teile aus den vorgelagerten Bauteilbehältern.
Wie viele andere Unternehmen seiner Größe war es auch für RATIONAL ein Anliegen, die Produktionsprozesse zu vereinfachen, um der stetig steigenden Nachfrage angemessen und kostengünstig gerecht zu werden. Im Zuge der Produktion von Garraumteilen in Landsberg am Lech in Deutschland und Wittenheim in Frankreich wurde der Schweißprozess bereits automatisiert; Zusätzliche Handhabungsaufgaben wie das Beladen der Schweißzellen wurden noch manuell durchgeführt – ein Engpass im Produktionsprozess, der optimiert werden musste.
Im Jahr 2017 fiel der Startschuss für die vollständige Automatisierung des gesamten Handlings- und Schweißprozesses der Garraum-Innenkästen für RATIONAL-Dampfgarer. Mit der Umsetzung dieses ehrgeizigen Projekts wurde die LASOtech Systems GmbH mit Sitz im thüringischen Suhl betraut. Der 2007 gegründete Sondermaschinenbauer ist auf die Entwicklung und Produktion maßgeschneiderter Lösungen in der Automatisierungstechnik sowie Sondermaschinen spezialisiert. Das Unternehmen verfügt über umfangreiche Expertise bei der Integration bestehender Produktionsanlagen bzw. Produktionslinien bis hin zu schlüsselfertigen Neuanlagen im Automotive- und Non-Automotive-Bereich. Neben automatisierten Schleifverfahren sowie den klassischen Fügetechniken Schrauben, Nieten und Kleben gehören insbesondere Laser- und MSG-Schweißverfahren zum Repertoire des Thüringer Unternehmens – ein weiterer Umstand, der LASOtech für die Durchführung dieses Projekts qualifizierte.
Schließlich sollten die für den Garraum vorgesehenen Bauteile ausschließlich per Laser und ohne Zusatzwerkstoffe geschweißt werden. Aufgrund höchster optischer sowie hygienischer Anforderungen ist dieses Schweißverfahren für die hier verwendeten dünnen Edelstahlbleche alternativlos. Beim Plasma- und WIG-Schweißen hingegen entsteht deutlich mehr Wärme, die die Bleche unnötig verformen würde.
Die beiden eingesetzten Handhabungsroboter FD-V210 OTC bewegten sich unabhängig voneinander auf einem 15 Meter langen, robusten Fahrgestell aus Polymerbeton und übernahmen verschiedene Handhabungsaufgaben.
Während der Planungs- und Umsetzungsphase wurden die Spann-, Schweiß- und Handhabungstechnik automatisiert. Aufgrund der Komplexität der erforderlichen Bewegungsabläufe und des hohen Abstimmungsaufwands zwischen den Handling- und Fügeaufgaben mussten LASOtech und RATIONAL eng zusammenarbeiten, bis schließlich alle Teilprozesse nahtlos ineinandergreifen.
Nach rund neun Monaten Projektplanung konnten 2018 die ersten Anlagen für die Vorproduktion aufgebaut werden. Seit Anfang 2020 läuft die Produktion im Dreischichtbetrieb. Letztendlich wurde die Anlage für den automatisierten Produktionsprozess insgesamt viermal in nahezu identischer Bauweise gebaut: drei davon für das automatisierte Schweißen eines kleineren Garrauminnenkastens für einen Steamer mit kompakteren Abmessungen, die vierte Anlage speziell für deutlich kompaktere Abmessungen größere Innenboxen. Jede dieser Anlagen ist etwa 25 Meter lang und 15 Meter tief und erfordert nur einen Bediener. Die Herstellung der Innenkästen variiert je nach vorgesehener Anzahl der Einschübe in der Höhe; Bei drei Anlagen bleibt die Grundfläche gleich, bei der vierten ist sie deutlich größer.
„In jedem unserer Werke agieren zwei FD-V210 Handlingroboter von OTC DAIHEN EUROPE auf einem 15 m langen, vibrationsfesten Chassis, das aus Polymerbeton gefertigt ist, ohne klassisches Stahlfundament. Den Systemkern bilden vier Laser.“ „Schweißzellen, die über acht Behälterstationen mit Teilen versorgt werden“, erklärt Gernot Hofmann, Projektleiter bei der LASOtech Systems GmbH. Die Roboter beschicken die verschiedenen Spann- und Schweißvorgänge mit den entsprechenden Teilen aus den jeweiligen Bauteilbehältern und bewegen diese kontinuierlich von Station zu Station Station, bis alle Fügeaufgaben endgültig abgeschlossen sind. Hier finden kontinuierlich parallele Prozesse statt. Während in den Laserkabinen die abgeschirmten Laserschweißprozesse stattfinden, werden an anderer Stelle Stationen beladen – eine komplexe Prozessorganisation. Früher wurden die einzelnen Komponenten aufwändig gefertigt Das Schweißen in den Stationen erfolgt heute automatisiert über Portale mittels Laseroptik. Die so erzeugten Schweißnähte entsprechen perfekt den Anforderungen von RATIONAL.
Eine Gesamtanlagen- und Ablaufsteuerung (SPS) koordiniert die Portal- und Roboterachsen und sorgt so für eine optimale Anlagensynchronisation. Das erstellte SPS-Programm sorgt für einen koordinierten und automatisierten Prozessablauf in den Anlagen. Darüber hinaus sorgt die RMU (Robot Monitoring Unit) des japanischen Roboterherstellers dafür, dass die Positionierung der Roboter zueinander und im Hinblick auf alle Sicherheitsanforderungen eingehalten wird. Dadurch kann kein Roboter bei geöffneter Tür in eine Bestückzelle eingreifen, es sei denn, dies ist im Produktionsablauf vorgesehen. Da die dünnen Bauteile eine gewisse Instabilität aufweisen, ist eine hundertprozentige Wiederholgenauigkeit bei der Platzierung der Stationen unerlässlich.
Einblick in die vierte Laserschweißzelle: Hier sorgt der im Bildhintergrund zu sehende FD-V166-Roboter von OTC DAIHEN EUROPE mit Laseroptik für hochpräzise Schweißergebnisse.
„Neben der Koordinations- und Positionierungssoftware ist vor allem der für die Laserprozesse eingesetzte Roboter FD-V166 von OTC hervorzuheben. Im Gegensatz zu vielen vergleichbaren Robotern dieser Gewichtsklasse ist er in der Lage, eine 0,5 mm breite umlaufende Schweißnaht mit einem zu verschweißen.“ Durchmesser von 30 oder 150 mm, mit hoher Präzision – unter Ausnutzung der prozessbedingten Gasabdeckung, um eine Oxidation der Bauteile beim Schweißen zu verhindern. Die hier verbaute solide Mechanik mit gleichzeitig robusten Getrieben gibt den OTC-Robotern das nötige Stabilität und Steifigkeit in Kombination mit den für Schweißaufgaben optimal geeigneten Steuerungen: „Selbst für solche Präzisionsaufgaben in einer Gewichtsklasse, bei der andere Roboter im direkten Vergleich oft nicht mithalten können“, erklärt Frank Neuenhaus, Systemhausleiter bei OTC DAIHEN EUROPE.
Bei diesem komplexen Bauprojekt konnte LASOtech die Vorteile der Robotertechnologie von OTC DAIHEN EUROPE voll ausspielen. Der Produktionsautomatisierungsexperte aus Thüringen, der zahlreiche Projekte umgesetzt hat, ist nicht nur seit mehreren Jahren Vertriebspartner des japanischen Konzerns, sondern seit 2019 auch Teil der DAIHEN Corporation. Die Synergieeffekte zwischen der weltweit tätigen DAIHEN-Gruppe und Der erfahrene Systemintegrator ermöglichte es LASOtech seitdem, zunehmend internationale Kunden zu bedienen. Es handelt sich um einen Zusammenschluss, der angesichts des anhaltenden Fachkräftemangels und des anhaltenden Branchentrends zur Laserbearbeitungstechnologie für beide Seiten von Vorteil ist: die intelligente Kombination von Robotern und Peripheriegeräten im Rahmen der Systemintegration sowie die Die Gestaltung vollautomatisierter Produktionslinien wird weiterhin die Schlüsseldisziplin für die Steigerung der Erfolgsbilanz innovativer Unternehmen sein.