Dunkermotoren, eine Marke von Ametek mit Sitz in Bonndorf im Schwarzwald entwickelt und produziert seit über 70 Jahren Antriebslösungen bis 5kW Abgabeleistung. Die modulare Produktstrategie des Herstellers erlaubt es, seine bürstenlosen und bürstenbehafteten DC-Motoren mit Getrieben, Gebern, Bremsen und Elektroniken zu einer kompletten Antriebslösung zu kombinieren. Ein Großteil der Antriebskomponenten des 1.300 Mann starken Unternehmens werden am Stammsitz in Bonndorf gefertigt.
Intelligente Fertigungslösungen und eine konsequente Automation von Prozessen sind für Dunkermotoren wesentliche Grundlagen für die Wettbewerbsfähigkeit und Qualität der Produkte
am internationalen Markt. Veranschaulichen lässt sich das an der Automation der Lagerschildbearbeitung, die 2021 durch EGS Automation entwickelt und realisiert wurde. Als Lagerschild wird die vordere Abdeckung eines Elektromotors bezeichnet, aus der die Antriebswelle ragt. EGS Automation aus Donaueschingen beliefert Dunkermotoren bereits seit 2013 mit Roboter- und Automationslösungen. Der Roboterspezialist entwickelt seit 1996 sowohl standardisierte Maschinenbeladesysteme als auch kundenspezifische Sonderlösungen und ist spezialisiert auf die Automation von Fertigungsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie.
Produktionsprozess im Überblick
Vor der Automation wurden die Lagerschilde bei Dunkermotoren in fünf Arbeitsgängen bearbeitet. Jeder dieser Arbeitsgänge war ein Einzelarbeitsplatz, an dem das Lagerschild in eine Maschine eingelegt und nach dessen Bearbeitung wieder entnommen wurde. Anschließend folgte ein manueller Transport zum nächsten Arbeitsschritt. Der Gesamtprozess war damit „schwer planbar und mit hohem Personalaufwand verbunden“ sagt Mustafa Koyun, Manager Segment GP Production Parts bei Dunkermotoren. Bearbeitet werden zwei Lagerschildgrößen, von denen es in Summe zehn Varianten gibt. Die Bearbeitung umfasst das Einbringen von Bohrungen und Gewinden sowie die zerspanende Bearbeitung der Innen- und Außenpassung, wo das Lagerschild in das Motorengehäuse verschraubt wird. Je nach Variante muss an dem Zinkdruckgussbauteil ein weiterer Einstich innen oder außen gedreht werden. Neben den Befestigungsbohrungen im Lagerschild sowie den Radialbohrungen zum Verschrauben im Gehäuse ist bei einigen Varianten eine letzte Gewindebohrung für die Erdung notwendig.
Drehmaschine im Zentrum
Im Zentrum der automatisierten Bearbeitung steht eine Drehmaschine Index ABC, die vom Hersteller als dynamischer Produktionsdrehautomat bezeichnet wird. Vor der Bearbeitung liegen die Rohteile als Schüttgut in tragbaren Gitterbehältern vor, wo sie von einem Bediener in einen Teilebunker geschüttet werden. Über eine Fördertechnik mit Vorvereinzelung gelangen sie
in den Erkennungsbereich einer 3D-Kamera von Keyence, die die Lage der Rohteile und die Greifposition an den ersten Roboter der Anlage übermittelt. Dabei handelt es sich um einen sechsachsigen Yaskawa GP7 mit einer Reichweite von rund 900mm und 7kg Traglast. Auch die radiale Orientierung der Werkstücke wird von der Kamera erkannt. Eine reine Bin-Picking-Lösung wurde nicht realisiert, um eine möglichst hohe Prozesssicherheit und Verfügbarkeit zu erreichen, die unabhängig ist von Erkennungsschwierigkeiten und daraus resultierenden Störungen. „Eine sehr gute Entscheidung.“ kommentiert Koyun. „Die Anlage läuft zuverlässig und stabil und es gibt keine Störungen oder Produktionsunterbrechungen.“ Die Performance der Yaskawa-Roboter überzeugte Dunkermotoren schon in älteren Fertigungsanlagen, die noch immer stabil laufen. „Die Handhabung und Anpassung von Programmen ist einfach und ist auch für unsere Bediener ohne Robotererfahrung nach kurzer Schulung kein Problem“, gibt Koyun zu Protokoll.
Der Roboter nimmt die unsortierten Teile auf und übergibt sie an ein Transfersystem, wo sie auf Werkstückträgern drei Gewindeformeinrichtungen passieren. Je nach Bauteilvariante werden an einer oder mehreren Stationen Gewinde eingebracht. Dabei können die Gewindeformeinrichtungen jeweils Gewinde in unterschiedlichem Lochbild und Größe einbringen. Nach diesen Bearbeitungsschritten kommen die Werkstückträger über das Transfersystem zum ersten Roboter zurück. In der Übergabe werden sie gewendet und automatisiert an das Übergabeshuttle am Eingang der Index-Drehmaschine übergeben, das sie der Maschine zuführt.Hier werden nun die variantenabhängigen Bearbeitungen, der in Summe zehn Lagerschildvarianten ausgeführt. Beim Umrüsten entfällt die meiste Zeit auf die Maschine. Bei der Automation muss lediglich ein anderes Programm angewählt und die Werkstückträger des Transfersystems sowie die Greifwerkzeuge der Roboter verstellt werden. „Das ist in weniger als fünf Minuten gemacht“, sagt Koyun.
Nach abgeschlossener Bearbeitung entnimmt der zweite Roboter, ebenfalls ein Yaskawa GP7, die Fertigteile und schichtet sie in Waschkörbe, in denen sie zur Reinigungsanlage transportiert und gereinigt werden. Eine Wechselstation sorgt dafür, dass die Körbe ohne Unterbrechung des Automationsprozesses frei nach Verfügbarkeit eines Bedieners entnommen werden können. Die aktuelle Station ist bereits vorbereitet, um später ein Palettiersystem aus der EGS-Standardbaureihe Sumo Ecoplex2 zu installieren, aus dem ein FTS die Körbe vollautomatisch abholt und zur Reinigungsanlage bringt.
Die Anlage läuft, je nach Variante, zwei bis drei Stunden vollständig autonom. Das Einbringen neuer Rohteile und Entnehmen der Fertigteile dauert nur wenige Minuten. Produziert wird in zwei Schichten. Aufgrund des geringen Personaleinsatzes wäre eine zusätzliche Schicht zur Abdeckung kurzfristiger Produktionsspitzen problemlos möglich. Die Taktzeit liegt je nach Variante zwischen 15 und 35s; die Ausbringung damit zwischen 800 und 1.900 Teilen pro Schicht.
Vernetzte Produktionsanlage
In der kompletten Anlage sind insgesamt sechs Motoren des Antriebstechnikherstellers selbst verbaut. An den Förderbändern des Zuführsysems, dem Transfersystem sowie den Hubeinheiten für die Teileübergabe verrichten bürstenlose Gleichstrommotoren der Baureihe BG ihren Dienst. Die Integration der smarten Motoren legte auch den Grundstein für die Einbindung der Anlage in die digitale Infrastruktur des Unternehmens. Betriebszustände einzelner Fertigungskomponenten, Produktionsdaten sowie Informationen zu erforderlichen Wartungen sollten jederzeit online abrufbar sein, eine Aufgabe für die IioT-Fachkräfte von Nexofox.Neben der Erfassung und Verarbeitung von kritischen Maschinenparametern sollten Informationen von verbauten Komponenten erfasst und verarbeitet werden können. Aufgrund der verbauten Dunkermotoren konnte Nexofox die Anlage selbst sowie die verbauten Motoren digitalisieren.