Wie lassen sich schwere Bauteile wirtschaftlich, sicher und zugleich hochflexibel bearbeiten, bei steigender Variantenvielfalt und begrenzten Flächen? ZF gibt am Standort Passau gibt darauf eine klare Antwort mit einem Automationskonzept der besonderen Art. Ein mobiler Industrieroboter, kombiniert mit einem autonomen Fahrerlosen Transportsystem, übernimmt vollautomatisch die Bedienung von sechs Bearbeitungszentren. Realisiert wurde die Lösung gemeinsam mit PROMOT Automation. Von Ing. Robert Fraunberger, x-technik
ZF ist ein weltweit tätiger Technologiekonzern für Fahrzeug- und Industrietechnik. Mit rund 160.000 Mitarbeitern an über 160 Standorten zählt das Unternehmen zu den größten Automobilzulieferern weltweit. Als Standort Division Industrietechnik nimmt Passau dabei eine besondere Rolle ein: Hier liegt der Fokus auf Komponenten für Bau- und Landmaschinen, Busse sowie auf Prüfsystemen. In der mechanischen Fertigung werden komplexe Gehäuseteile aus Guss bearbeitet – oft schwer, variantenreich und mit hohen Anforderungen an Qualität und Prozessstabilität. „Kosten, Qualität und Sicherheit im Umgang mit schweren Bauteilen sind für uns zentrale Faktoren
in der Produktion“, erklärt Jörg Dobler, Director Leistungscenter Guss bei ZF. Genau aus diesem Spannungsfeld heraus entstand die Idee für ein neues Automationsprojekt im Leistungscenter Guss.
Im Leistungscenter Guss am Standort Passau bearbeitet ZF unterschiedliche Gehäuseteile aus Guss für verschiedene Anwendungen. Die Bauteile unterscheiden sich in Geometrie und Variante und erreichen Gewichte von bis zu 120 Kilogramm. Gefertigt wird in mittleren Losgrößen auf mehreren Bearbeitungszentren, die jeweils mit unterschiedlichen Teiletypen belegt sind. „Die Bearbeitungszeiten liegen bei rund einer Stunde pro Bauteil. Die Herausforderung bestand darin, diese hohe Variantenvielfalt wirtschaftlich abzubilden und gleichzeitig einen sicheren Umgang mit den schweren Werkstücken zu gewährleisten“, erklärt Christian Riethmüller, Manager Industrie Technik Großgehäuse/Achsbrücken bei ZF in Passau. Neben der Maschinenbedienung sollten idealerweise auch der Roh- und Fertigteiltransport sowie nachgelagerte Prozesse automatisiert werden.
Im Vorfeld wurden verschiedene klassische Automatisierungslösungen untersucht, darunter Linear- und Portalsysteme. Doch schnell zeigte sich, dass für die konkreten Anforderungen in Passau diese Konzepte zu schwer, zu teuer und vor allem zu unflexibel waren. Hinzu kam der Wunsch, bestehende Maschinen an ihrem Platz zu belassen und die Automation schrittweise aufzubauen, ohne den laufenden Betrieb zu beeinträchtigen. „Deshalb waren wir auf der Suche nach einer Lösung, die uns deutlich mehr Beweglichkeit bietet“, begründet Christian Riethmüller die weiteren Schritte. „Gefunden haben wir diesen Ansatz in der Kombination aus Roboter und AGV, die wir gemeinsam mit PROMOT Automation umgesetzt haben.“
PROMOT Automation mit Sitz in Roitham am Traunfall (OÖ) entwickelt seit über 40 Jahren Automationslösungen für die zerspanende Fertigung und bringt umfangreiche Projekterfahrung in flexiblen Fertigungssystemen und mobiler Robotik ein. Entscheidend war dabei nicht nur die Technik, sondern das gemeinsame Verständnis für die Anforderungen der Produktion vor Ort. „Mobile Robotik ist kein Ersatz für klassische Automation, sondern eine perfekte Ergänzung“, betont Thomas Burger, Verkaufsleiter Flexible Fertigungssysteme bei PROMOT Automation. „Gerade bei mittleren Losgrößen, variantenreichen Teilen und bestehenden Layouts lassen sich damit Lösungen realisieren, die wirtschaftlich und gleichzeitig flexibel sind. Das Projekt in Passau zeigt, wie sich Automatisierung neu denken lässt, ohne bestehende Strukturen grundsätzlich zu verändern.“
Die Lösung im Überblick
Bei ZF am Standort Passau kommt ein mobiler Roboter von PROMOT zum Einsatz, der einen Kuka-Industrieroboter mit einem autonom navigierenden AGV kombiniert. Die Lösung ermöglicht eine flexible und vollautomatische Bedienung mehrerer Bearbeitungszentren.
Technische Eckdaten:
• Kuka-Industrieroboter auf mobiler Plattform
• Autonom navigierendes AGV von ek robotics
• Vollautomatische Be- und Entladung von sechs Hüller-Hille-Bearbeitungszentren
• Automatisches Andocken mit exakter Positionierung
• Medienkupplung für Strom, Luft und Daten
• Greifersystem für mehrere Teiletypen
• Anbindung an nachgelagerte Prozesse wie die Teilereinigung
• Zentrale Steuerung und Koordination über ProMASTER
Herzstück der Anlage ist ein Kuka-Industrieroboter, montiert auf einer mobilen Plattform, die von einem autonom navigierenden AGV von ek robotics transportiert wird. Der mobile Roboter übernimmt vollautomatisch das Be- und Entladen von sechs horizontalen 4-Achs-Bearbeitungszentren nbh 290 von Hüller-Hille. Das AGV sorgt parallel für den Transport von Roh- und Fertigteilen und navigiert frei durch die Produktion. „Die wesentlichen Vorteile der AGV bestehen darin, dass keine feste Infrastruktur benötigt wird. Die Fahrzeuge navigieren ohne Schienen“, erklärt Stefan Mittendorfer, Meister Gehäuse Leistungscenter Guss.
Ein weiterer Erfolgsfaktor ist die exakte Positionierung des Roboters in jeder Zelle. Durch automatisches Andocken und eine definierte Medienkupplung für Strom, Luft und Daten ist der Roboter sofort betriebsbereit. „Uns war wichtig, dass der Roboter in jeder Zelle exakt reproduzierbar positioniert ist und sofort produktiv arbeiten kann, ohne Referenzfahrten und ohne Stillstandzeiten“, ergänzt Lothar Höfler, Projektleiter Projekte/Produktionssysteme/KVP. Ein ausgeklügeltes Greifersystem deckt dabei zwölf unterschiedliche Teiletypen ab, bei Gewichten von bis zu 120 Kilogramm.
Gesteuert wird das gesamte System über die Software ProMASTER von PROMOT. Sie fungiert als übergeordnete Instanz zwischen Maschinen, AGV, Logistik und den ZF-Systemen. Das Leitsystem plant und koordiniert die Abläufe, sorgt dafür, dass Material und Roboter zur richtigen Zeit am richtigen Ort sind. Das Ergebnis ist ein durchgängiger Material- und Datenfluss – vom Rohteil bis zum gereinigten Fertigteil, inklusive Teileverfolgung und Prozessdaten.
„Die Software ist das zentrale Bindeglied im System“, konkretisiert Lothar Höfler. „Sie sorgt dafür, dass alle Komponenten zusammenspielen und die Automation auch bei steigender Komplexität beherrschbar bleibt.“
Das mobile Automationskonzept bei ZF Passau geht über die reine Maschinenbedienung hinaus. Der gesamte Materialfluss vom Rohteil bis zum gereinigten Fertigteil ist vollständig automatisiert. Das AGV übernimmt den Transport der Bauteile zwischen den Bearbeitungszentren, Puffern und der nachgelagerten Teilereinigung. Auch der Zu- und Abtransport ganzer Teilestapel erfolgt autonom, ohne manuelle Eingriffe. Nach der zerspanenden Bearbeitung werden die Fertigteile automatisch zur Waschanlage transportiert und anschließend wieder in definierte Logistikbereiche eingebunden. „Durch die parallelen Abläufe von Bearbeitung, Transport und Reinigung lassen sich Stillstandzeiten minimieren und die vorhandenen Maschinen bei uns optimal auslasten“, freut sich Stefan Mittendorfer. Das System ist dabei für einen mannlosen Mehrschichtbetrieb bis hin zum 24/7-Einsatz ausgelegt.
Die mobile Robotiklösung ist modular aufgebaut und kann somit jederzeit erweitert werden, unabhängig von Maschinenpositionen oder bestehenden Layouts. Zusätzliche Maschinen, mobile Roboter oder AGV lassen sich integrieren, ohne die bestehende Struktur zu verändern oder den laufenden Betrieb zu beeinträchtigen. Damit ist die Lösung nicht nur auf den heutigen Bedarf ausgelegt, sondern wächst mit zukünftigen Anforderungen der Produktion mit.
„Genau diese Skalierbarkeit war ein zentraler Punkt im Projekt. Mobile Robotik ermöglicht es, Automatisierung Schritt für Schritt auszubauen – flexibel, wirtschaftlich und ohne die Produktion jedes Mal neu denken zu müssen“, bringt es Thomas Burger auf den Punkt.
Für ZF zahlt sich das Automationskonzept messbar aus. Die Maschinen laufen heute deutlich stabiler, die Abläufe sind schlanker und transparenter. „Wir konnten die Produktivität um rund 20 Prozent steigern, die Durchlaufzeit um einen ganzen Tag reduzieren und die Bearbeitungskosten damit um etwa acht Prozent senken“, fasst Christian Riethmüller abschließend zusammen. Für ihn steht fest: „Das ist ein klarer Gewinn für den Standort. Gemeinsam mit PROMOT Automation haben wir ein System geschaffen, das unser Meinung nach weltweit einzigartig ist.“
„Gerade bei schweren Bauteilen brauchen wir eine Automationslösung, auf die wir uns verlassen können. Mit PROMOT haben wir dafür den richtigen Partner gefunden.“
Christian Riethmüller Manager Industrie Technik Großgehäuse/Achsbrücken, ZF in Passau
