Wir müssen pro Schicht teilweise 15- bis 20-mal für die hier montierten Druckmessgeräte umrüsten“, beschreibt Mario Scheffner, technischer Leiter von Wika Polska die Herausforderung. Über 10.000 Varianten und Losgrößen von eins bis zu mehreren tausend Stück produziert der Messtechnikhersteller. „Das betrifft nicht jede Schicht, aber es kommt immer häufiger vor, denn die Losgrößen werden kleiner und wir wollen flexibler produzieren.“ Bis vor kurzem erfolgte die teilautomatisierte Montage von Druckmessgeräten auf zwei Rundtaktmaschinen. Sie ermöglichen kurze Taktzeiten und fertigen große Stückzahlen effizient. Aber die Umrüstung erfordert zeitintensive mechanische Arbeiten. Außerdem fallen bei einigen Varianten auf einer Rundtaktmaschine Halbfertigteile an, die anschließend in die zweite Maschine eingeführt werden.
20 Stationen in einer Kurztaktanlage
Wika beschloss 2020 den Wertstrom bei Druckmessgeräten mit einer Kurztaktlösung durchgängig zu automatisieren und gleichzeitig die Flexibilität voranzutreiben. „Wir benötigen eine Linie mit 20 Stationen für Montage, Stanzen, Messfedern, Kalibrieren, Vision Systeme zur Qualitätskontrolle, Schraubprozesse und Beschriften“, erklärt Scheffner die Komplexität. Die Instrumente werden in der Medizintechnik oder bei der Druckluftüberwachung in der Schweißtechnik mit Drücken bis 400 bar eingesetzt.
Nach einer intensiven Marktanalyse entschied sich Wika für das Transfersystem Active Mover von Bosch Rexroth. Es besteht aus Strecken- und Kurvenmodulen und bildet ein geschlossenes Oval mit einem durchgängigen Linearmotor. Auf der gesamten Strecke fahren Werkstückträger unabhängig voneinander präzise auf die vorgegebenen Positionen. Sie können auch die Fahrtrichtung ändern und mehrere Positionen innerhalb einer Station nacheinander anfahren. Damit begann das Projekt Automatic Gauge Assembly, kurz AGA 1.
Von 1.500 auf 0 Sekunden
Der entscheidende Vorteil der neuen Montagelinie AGA 1 sind die kürzeren Rüstzeiten. „Bei Rundtaktmaschinen erforderte die Umstellung auf die unterschiedlichen Größen und Anschlusslagen der Druckmessgeräte 20 bis 25 min, bei AGA 1 sind es null Sekunden“, ist Scheffner stolz. Insgesamt verkürzt die neue Linie die Rüstzeiten in der variantenreichen Montage um über 50 %. Hinzu kommen weitere Produktivitätsgewinne durch die hohe Dynamik des Systems. Die Werkstückträger können mit 40 m/s² beschleunigt werden. Dadurch reduziert sich die Wechselzeit zwischen den Stationen, was die Taktzeit der Gesamtlinie minimiert.
Die Lösung von Wika ist „ready for any MES“, wie Piotr Krotki, Leiter der Automation, betont. Er ist mit seinem Team für die Konstruktion, den Steuerungsbau und die Inbetriebnahme von Produktionsanlagen bei Wika Polska zuständig. Die zu montierenden Fertigungslose werden über QR- oder Bar-Code eingelesen. „Zu 70 bis 80 Prozent stellt sich die Maschine selbst ein“, erläutert Krotki. Je nach Montagevariante fahren die frei programmierbaren Werkstückträger unterschiedliche Positionen in den Stationen an. Das verbessert die Overall Equipment Effectiveness (OEE) signifikant und verringert deutlich die zeitintensiven manuellen Umrüstarbeiten. Gleichzeitig dokumentiert die Linie jeden automatisierten Montageschritt, womit sie Anwender bei der Rückverfolgbarkeit unterstützt.
Offen für jede Steuerungsarchitektur
„Die Motion Control des Active Movers fügt sich mit ihren offenen Schnittstellen in unsere Anlagensteuerung mit Profinet ein“, betont Krotki. Die Wiederholgenauigkeit beträgt 0,01 mm. „Fünf Stationen bewegen sich auch in der z-Achse“, hebt Scheffner hervor. Zusätzliche Linearmotoren ML3, Kompaktantriebe Indra-Drive Cs und Kugelschienenführungen mit dem integrierten Messsystem IMS von Bosch Rexroth hat Wika an zwei Teststationen mit besonders hoher Positioniergenauigkeit integriert und ebenfalls über Profinet an die Anlagensteuerung angebunden. Das induktive Messsystem wird nicht durch die elektrischen Felder der Linearmotoren beeinträchtigt. Darüber hinaus ist es unempfindlich gegenüber Schmutz und Vibrationen und benötigt keine energieintensive Sperrluft. Das IMS führt Wika Polska jetzt auch bei den Rundtaktmaschinen ein.
Kraftspektrum von 1,6 bis 120 kN
Das Team um Krotki baute vorab bei Bosch Rexroth in Stuttgart einen Test-Werkstückträger auf, um in Simulationen AGA 1 zu konstruieren und die Prozessschritte virtuell zu validieren. „Bei der SPS-Programmierung hat uns Bosch Rexroth wann immer notwendig unterstützt“, erinnert sich Krotki. Der initiale Aufbau und die Inbetriebnahme von AGA 1 erfolgte direkt im Werk in Włocławek. Das Gestell besteht aus Aluminiumprofilen des Mechanik-Grundelemente-Baukastens (MGE) von Bosch Rexroth. Durch Zentrierschrauben und Winkel werden die Elemente direkt ausgerichtet und es ist keine Justage notwendig. Eine Tischplatte aus Aluminium vervollständigt den mechanischen Aufbau. Wie breit die Varianz ist, zeigt eine Einpressstation: Dort werden je nach Variante Kräfte von 1,6 bis 120 kN aufgebracht.
Noch ist AGA 1 in der Hochlaufphase. „Erst kommt die Qualität, dann erhöhen wir die Geschwindigkeit“, betont Scheffner. Das Erreichen der maximalen Produktionsgeschwindigkeit steht aber unmittelbar bevor. Die Anlage gilt bei Wika bereits als wegweisend. Nach Scheffners Einschätzung könnten bald weitere Montagelinien hinzukommen.
