Hohe Flexibilität in der robotergestützten Tübbingproduktion

Lässt sich die Produktion von Tübbingen für den Tunnelbau umfassend und flexibel automatisieren? Ja, ist die Schweizer Marti Tunnel AG aus Moosseedorf überzeugt und realisiert gemeinsam mit der deutschen Herrenknecht Formwork Technology GmbH aus Schwanau eine Portalroboteranlage zur teilautomatisierten Tübbingproduktion. Ein Schnellwechselsystem von Schunk verleiht dem hängenden 6-Achs-Roboter die erforderliche Flexibilität und gewährleistet einen rasanten Wechsel der eingesetzten Werkzeuge.

Bereits in der Planungsphase hatte das Gemeinschaftsprojekt bei zahlreichen Kunden von Herrenknecht Formwork für Aufsehen gesorgt. Auf Initiative und in enger Abstimmung mit Marti bewies Herrenknecht Formwork einmal mehr Pioniergeist und realisierte am Marti-Standort Klus-Balsthal in der Schweiz eine robotergestützte Betonfertigteilproduktion für den maschinellen Tunnelbau. Die Basis der weltweit einzigartigen Anlage bildet ein verfahrbares Portal mit hängendem 6-Achs-Roboter, der über die gesamte Anlagenlänge von rund 30 m flexibel eingesetzt werden kann und im fliegenden Wechsel mannlos Schalungen öffnet und schließt, Flächen reinigt, Trennmittel aufträgt und Einbauteile positioniert. Ein einziger Roboter genügt, um im Takt der Betonierstation all diese Teilschritte vollautomatisch auszuführen. Im Vergleich zu herkömmlichen teilautomatisierten Lösungen mit stationären Robotern erweist sich die Portallösung als deutlich effizienter und flexibler, da alle Positionen der Linie unabhängig von der jeweiligen Elementgröße mit einem einzigen und vergleichsweise kleinen Roboter bequem erreicht werden. Bei Bedarf kann die Anlage zur Produktion von Sonderteilen auf manuellen Betrieb umgestellt werden. Für Marti Tunnel ist sie ein wirkungsvolles Instrument, um eigene Mitarbeiter von körperlich anstrengenden Arbeiten zu entlasten, die Zahl der Leiharbeiter zu reduzieren und so über eine Senkung der Lohnkosten auch in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben. Hinzu kommt, dass durch den Einsatz des Roboters die Arbeitssicherheit steigt.

Eine Schlüsselkomponente für den prozesssicheren Betrieb der Anlage ist nach Ansicht von Projektleiter Kuno Hamm und Konstrukteur Marko Vollmer von Herrenknecht Formwork Technology das Roboterschnellwechselsystem Schunk SWS des Kompetenzführers für Greifsysteme und Spanntechnik Schunk aus Lauffen am Neckar. Es minimiert unproduktive Nebenzeiten und erhöht die Flexibilität des Roboters, indem ein Drehmomentschrauber, eine Reinigungswalze, ein Ausblas- und Einölbalken sowie ein Schunk JGZ Zentrischgreifer vollautomatisiert gewechselt werden. Zwei Punkte seien bei der Auswahl von Schunk als Lieferant entscheidend gewesen: Die Flexibilität, die das System in der Anlage ermöglicht und die Variantenvielfalt des Schunk Schnellwechselprogramms. „Das Wechselsystem spielt für uns in der gleichen Liga wie der Portalroboter“, unterstreicht Kuno Hamm. „Wenn ich das Werkzeug nicht prozesssicher wechseln könnte, fällt der Grundgedanke des Portalroboters, der alle vier Arbeitsstationen parallel bedient, weg, Wir wären gezwungen, auf Insellösungen zu gehen, die die Flexibilität der Anlage deutlich reduzieren würden. Für uns ist es daher entscheidend, dass das Werkzeugwechselsystem zuverlässig funktioniert“, so Hamm. Aufgrund der Programmvielfalt bei Schunk habe man in der Projektierungsphase einen sehr hohen Freiheitsgrad in Bezug auf die Werkzeugauswahl besessen. „Wir haben jeweils vorgegeben, was wir planen, und Schunk hat die passenden Komponenten konfiguriert“, berichtet Marko Vollmer. Änderungen oder Erweiterungen im Rahmen des Projektfortschritts konnten aufgrund der Baugrößenvielfalt und Modularität des Schnellwechselprogramms flexibel umgesetzt werden. Und auch im zweiten Projektabschnitt, einer automatisierten Glättstation, soll ein Schunk Schnellwechselsystem zum Einsatz kommen, diesmal jedoch deutlich größer, um auch die rund 120 kg schwere Glättwalze handhaben zu können.

Als Pilotanwendung hatte Paul Freudiger, Projektleiter bei Marti, die Produktion von 3.500 Sohlsteinen für den Sarner Aa-Tunnel gewählt. Der kompakte und einfache Aufbau der Betonelemente ohne Dichtungen und Verschraubungen war aus seiner Sicht ideal, um Erfahrungen mit der Anlage zu sammeln und die einzelnen Prozessschritte zu optimieren. Dabei wechselt der Roboter automatisch zwischen dem elektrisch angetriebenen Drehmomentschrauber zum Lösen der Schrauben, der elektrischen Bürste zur Reinigung, dem mit Druckluft und Trennmittel versorgten Luft-/Ölbalken sowie dem pneumatisch gesteuerten Schunk Zentrischgreifer zur Handhabung der Einbauteile und Dübel. Letzterer ist Teil der Greifer-Kompakt-Klasse von Schunk, die dank des erstklassigen Preis-Leistungsverhältnisses eine hohe Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Der Greifer vereint eine widerstandsfähige T-Nuten-Gleitführung mit kompakten Abmessungen und eignet sich aufgrund seiner großen Momentenaufnahme auch für den Einsatz langer Finger. Mit induktiven Näherungsschaltern oder magnetischen Nutenschaltern aus dem Schunk Katalogprogramm lassen sich die Greifer einfach und zuverlässig überwachen. Zudem können sie um Zubehör der Flaggschiffe Schunk PGN plus und Schunk PZN plus ergänzt werden. Kraftmessbacken, analoge und magnetische Positionssensoren, Backenrohlinge und vieles mehr erhöhen die Optionsvielfalt. Nicht benötigte Werkzeuge werden im Schunk SWM Magazin an der Traverse des Portalroboters abgelegt.

Da sämtliche Prozessschritte bei Marti ohne visuelle Überwachung erfolgen, werden die Schalungen zunächst über Halte- und Positioniersysteme präzise fixiert. „Der Roboter muss die Aufgaben in einer vernünftigen Zeit lösen, aber nicht schneller sein als im manuellen Betrieb, denn Taktgeber ist das Betonieren“, erläutert Paul Freudiger, der mit dem Ergebnis sehr zufrieden ist. „Den Schritt zu dieser Anlage würde ich auf jeden Fall wieder machen“, unterstreicht Freudiger und rät Automationseinsteigern, gerade bei neuartigen Projekten genug Zeit mitzubringen, um das erforderliche Feintuning der Anlage vorzunehmen und Kinderkrankheiten zu beseitigen. Seitens der Belegschaft sei das Projekt mit großer Offenheit begleitet worden, wohl auch, weil man sieht, dass körperlich anstrengende und monotone Aufgaben wegfallen. Stattdessen konzentrieren sich die manuellen Arbeiten nun auf Sonderprojekte, die sich nicht automatisieren lassen und es besteht die Möglichkeit, bei größeren Projekten zusätzliche Schichten zu fahren, ohne auf externe Mitarbeiter zurückgreifen zu müssen.