Roboter automatisieren die Montage von Autoteilen

In einigen Fällen ersetzten SCARA-Roboter pneumatische oder servogetriebene Pick-and-Place-Mechanismen.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Epson Robots

SCARA-Roboter laden und entladen Paletten. Die Roboter bieten Flexibilität bei der Handhabung verschiedener Komponenten oder unterschiedlicher Versandkisten.

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Einige Roboter bei Husco sind seit mehr als 14 Jahren im Einsatz.

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Die Ingenieure von Husco entwickelten ein modulares automatisiertes Montagesystem, das aus einem Palettentransferband und 10 Epson SCARA-Robotern für den Großteil der Materialhandhabung besteht.

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Husco International mit Sitz in Waukesha, Wisconsin, ist ein familiengeführter, privat geführter Hersteller von hydraulischen und elektromechanischen Steuerungssystemen für Automobil- und Off-Highway-Anwendungen. Das Unternehmen besteht seit mehr als 75 Jahren, beschäftigt weltweit mehr als 1.500 Mitarbeiter und erzielte im vergangenen Jahr einen Umsatz von über 500 Millionen US-Dollar.

Die Automobilsparte des Unternehmens baut Steuerventile, Kraftstoffeinspritzsysteme, Magnetventile, Turbolader und EV-Systeme für führende Hersteller von Pkw und Lkw. Die Off-Highway-Abteilung baut hydraulische und elektromechanische Steuerungssysteme für Land-, Bau-, Materialtransport- und Gewerbegeräte.

Während sich viele Hersteller, darunter auch Husco, zunehmend auf Elektrofahrzeuge konzentrieren, bleibt die Steigerung der Effizienz von Verbrennungsmotoren weiterhin wichtig.

Eine entscheidende Entwicklung war die Verwendung von Magnetspulen mit variabler Kraft in Pkw- und Lkw-Motoren. Diese kleinen Geräte optimieren die Öffnung der Ventile, die Kraftstoff und Luft in die Zylinder im Herzen jedes Motors leiten, und tragen so dazu bei, sowohl die Kraftstoffeffizienz als auch die Leistung zu steigern.

Husco arbeitet seit mehreren Jahren an einer eigenen Version der Technologie und hat letztes Jahr einen neuen Magneten auf den Markt gebracht.

„Unser Ziel in der Fertigung war es, eine kostengünstige Produktionslinie aufzubauen, die in der Lage ist, mehr als 2 Millionen dieser Teile pro Jahr zu produzieren, und zwar in zwei Acht-Stunden-Schichten an fünf Tagen in der Woche“, sagt Jake Wampole, technischer Leiter der fortschrittlichen Fertigung Gruppe (AMG) bei Husco Automotive.

AMG ist Huscos hauseigener Zweig der Fabrikautomatisierung. Das Unternehmen entwirft und baut die meisten Fertigungslinien für Husco und bietet seit Kurzem seine Dienstleistungen auch externen Kunden an.

Um dieses Ziel zu erreichen, müsste die Anlage alle 6,1 Sekunden einen vollständig montierten und getesteten Magneten produzieren.

Um dies zu ermöglichen, entwickelte das AMG-Team ein modulares automatisiertes Montagesystem, das aus einem Palettentransferband und zehn Epson SCARA-Robotern für den Großteil der Materialhandhabung besteht. Sie entschieden sich für ein Epson G6-, zwei G3- und sieben T-Serie-Systeme.

„Wir haben eine lange Geschichte mit Epson-Robotern“, sagt Wampole.

Seit fast 15 Jahren verwendet das Unternehmen Epson SCARA- und Sechs-Achsen-Roboter, um zig Millionen Motorsteuerungssysteme zu produzieren, oft auf Linien, die 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche und 365 Tage im Jahr laufen.

„Wir möchten betonen, dass wir in erster Linie ein Hersteller und in zweiter Linie ein Integrator sind und wissen, was es braucht, um Systeme zu bauen, die reibungslos funktionieren, eine lange Lebensdauer haben und den Anforderungen einer Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsfertigung gerecht werden.“ “, sagt Aaron Gietzel, Programmdirektor bei AMG.

„Wir haben wirklich gute Erfahrungen mit Epson-Robotern gemacht“, fügt er hinzu. „Es kommt auf Kosten, Geschwindigkeit, Flexibilität, Service und Support an.“

Das System besteht aus drei Zellen. „Im ersten Schritt laden wir Anker, C-Pulls, Kappen und Spulenbaugruppen, kombinieren sie, pressen sie zusammen und crimpen sie“, erklärt Wampole. „Im zweiten Schritt testen wir auf Luftlecks und testen die Kraft-Distanz-Kurve der fertigen Produkte. Schließlich verpacken wir sie in Vakuumformschalen für den Versand an die Kunden.“

Um Teile mit der erforderlichen Geschwindigkeit zusammenzubauen, „müssen wir die Paletten mit Robotern be- und entladen, und wir brauchen Flexibilität, um Bauteilvariationen zu bewältigen oder uns an die Tabletts anzupassen, die wir für den Versand verwenden“, fügt er hinzu.

Husco und AMG verwenden am häufigsten Roboter der Epson T-Serie für Pick-and-Place-Vorgänge, rüsten aber auf die G-Serie um, wenn sie höhere Geschwindigkeit und Genauigkeit benötigen.

„Die T-Serie bietet eine sehr kostengünstige Lösung für mäßig komplexe oder schnelle Bewegungen, und ihr integrierter Controller ist eine hervorragende Option für eine schnelle Installation und einfachere Integration“, sagt Wampole. „Seine Kosteneffizienz gibt uns die Flexibilität, pneumatische oder servoangetriebene Pick-and-Place-Stationen durch einen Roboter zu ersetzen.“

„Die einfache Programmierung, Bewegungsflexibilität, Platzierungsgenauigkeit und Geschwindigkeit, die Epson-Robotern gemeinsam sind, sowie unser jahrelanger Erfolg mit ihnen waren Faktoren für unsere Entscheidung, eine Roboterproduktionslinie zu entwickeln“, fügt Gietzel hinzu.

Er sagt, die Entscheidung habe sich sehr ausgezahlt, da die Linie seit ihrer Inbetriebnahme im vergangenen Herbst nahezu fehlerfrei funktioniere.

Regelventile mit variabler Verdrängung

Eine weitere Technologie, die die Effizienz von Verbrennungsmotoren verbessert, ist der variable Hubraum, der es einem größeren Motor ermöglicht, bei geringer Last einige seiner Zylinder abzuschalten, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Husco produziert ein Motorsteuerventil mit variablem Hubraum, das in der Automobil- und LKW-Industrie weit verbreitet ist.

„Das Ventil selbst besteht vielleicht aus 15 Unterkomponenten, die wir hier in Waukesha zusammenbauen“, erklärt Gietzel. „Es läuft über ein palettiertes Montageband und wir verwenden eine Reihe von Epson-Robotern, um die verschiedenen Komponenten zu laden. Sobald das Ventil vollständig zusammengebaut ist, wird es gecrimpt, um die Teile zusammenzuhalten. Und dann testen wir es vollständig, bevor es ausgeliefert wird.“

Im vergangenen Jahr produzierte Husco mehr als 4,2 Millionen dieser Ventile und die Nachfrage wächst weiter. „Da die Linie 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche läuft, bedeutet jede Anstrengung, die Produktion zu steigern, eine Verkürzung der Zykluszeit“, sagt Wampole.

Ein Engpass war der Crimpvorgang am Ende der Montage, für den eine Maschine verwendet wurde, die Husco von einem externen Maschinenbauer gekauft hatte. „Bis zum letzten Herbst hatten wir einen pneumatischen Schlitten im Einsatz, um die Teile zur und von der Crimpstation zu bewegen“, sagt er. Die Maschine nahm ein Teil von der Palette, drehte es vertikal und legte es dann in das Crimpnest.

„Wir konnten Simulationen mit einem sechsachsigen Epson C4-Roboter durchführen, die zeigten, dass wir die Zykluszeit von 7,5 Sekunden auf 6,5 Sekunden reduzieren konnten“, erinnert sich Gietzel. Das würde eine Steigerung von 13 Prozent oder fast 550.000 Teilen pro Jahr bedeuten.

Da es sich um ein bestehendes Produkt handelte, baute das AMG-Team von Gietzel den Roboteraufbau parallel zur Montagelinie auf, zusammen mit einem sekundären Schaltschrank und einem Direktabwurf zur Stromversorgung des neuen Roboters. Auf diese Weise konnten sie, sobald alles fertig war, das alte pneumatische System mit dem Roboter innerhalb von nur drei Tagen Ausfallzeit austauschen.

Dieses Ende letzten Jahres abgeschlossene Projekt war ein voller Erfolg und erfüllte seine Ziele hinsichtlich Zykluszeitverkürzung und Produktivitätssteigerung.

„Ausschlaggebend für den Erfolg des Projekts war unsere Fähigkeit, den neuen Roboter einzuschalten und zu testen und praktisch alle Bewegungssimulationen in unserem Baubereich durchzuführen, bevor wir die alte Maschine abbauten“, fügt Wampole hinzu.

Ein neuer Pick-and-Place-Vorgang

Als das Team die Crimpstation umbaute, richtete es seine Aufmerksamkeit auf einen der Pick-and-Place-Vorgänge an derselben Regelventillinie mit variabler Verdrängung.

„Hier versuchten wir, die gleiche Zykluszeit von 6,5 Sekunden zu erreichen, damit die gesamte Linie die Teile mit der höheren Geschwindigkeit produzieren konnte“, erklärt Gietzel. „Aber diese Station nutzte eine ältere, pneumatische Materialtransportmaschine, die einfach nicht so schnell war wie unsere Epson-Roboter.“

Sie hatten ein weiteres großes Ziel: „Wir brauchten mehr Betriebszeit. Unser mechanisches System war stark eingeschränkt, es war sehr schwierig, es perfekt auszurichten, und daher anfällig für Ausfälle. Mit einem anderen Roboter der Epson T-Serie hatten wir das Gefühl, dass wir die Robustheit steigern, Ausfallzeiten minimieren und den 6,5-Sekunden-Zyklus beibehalten konnten.“

Das Team schließt gerade die Umstellung auf den neuen Betrieb ab, aber es gibt Anzeichen dafür, dass sie genauso erfolgreich sein wird wie die anderen durchgeführten Verbesserungen.

Vorwärts gehen

In der Automobilindustrie verändert sich die Technologie ständig. „Wir erweitern unser Portfolio jetzt um Systeme für Elektrofahrzeuge“, sagt Wampole.

Während das Unternehmen voranschreitet, sind sich Wampole und Gietzel darüber einig, dass sie ihre Beziehung zu Epson fortsetzen werden.

„Im Großen und Ganzen haben wir eine Lebensdauer von fünf, sechs, sieben Jahren mit den Standard-SCARA-Robotern, ohne dass viele, wenn überhaupt, Komponenten ausgetauscht werden müssen. Tatsächlich haben wir einige Epson-Roboter, die seit über 14 Jahren im Einsatz sind. Und ich kann nicht sagen, dass wir sie in Reinräumen betreiben – sie erledigen ihre Arbeit in öligen, schmutzigen Situationen. Wir haben sie auf Herz und Nieren geprüft!“

„Wenn es ein Problem gab“, fügt Gietzel hinzu, „hat Epson sehr schnell reagiert. Die Zusammenarbeit mit unserem lokalen Epson-Anbieter Doig Corp. aus Cedarburg, Wisconsin, war ebenfalls großartig.“

Beide sind sich einig, dass großartige Automatisierungsprodukte und großartiger Support für die weitere Arbeit von Husco und AMG von entscheidender Bedeutung sein werden.

„Die Bereiche, die wir mit Epson-Robotern aufgerüstet haben, sind jetzt unsere größten Hits, während sie einst diejenigen waren, die die größten Kopfschmerzen bereiteten“, sagt Wampole.

Nach 15 Jahren wächst ihr Vertrauen in die Geschwindigkeit, Robustheit, Wartungsfreundlichkeit und den Support der Epson-Roboter weiter.

MONTAGE ONLINEWeitere Informationen zur Robotermontage finden Sie unter www.assemblymag.com, wo Sie die folgenden Artikel lesen können:SCARA-Roboter löten SchaltungsbaugruppenNeue Software erleichtert den Einsatz von RoboternFlexible Zuführung löst Montageherausforderungen