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Automatisierte Präzisionsmontage

Die Planer von Fresenius Medical Care haben mit FMB vor rund einem Jahr ein wegweisendes Automationsprojekt realisiert – die Montage von Zahnradpumpen für Dialysemaschinen. Fresenius Medical Care ist ein führender Anbieter von Dialyseprodukten wie Hämodialysemaschinen, Dialysatoren (künstliche Nieren) und damit verbundenen Einweg-Produkten.

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Der FMB Roboter hat für die Montage der 15 verschiedenen Pumpenteile sechs verschiedene Greifer im direkten Zugriff.

Der FMB Roboter hat für die Montage der 15 verschiedenen Pumpenteile sechs...

Die qualitativen Anforderungen an jedes einzelne Bauteil sind hinsichtlich der Fertigungs- und Montagetoleranzen sehr hoch. So müssen z. B. die Zahnradpumpen, zusammen mit der Bilanzkammer das Herzstück jeder Dialysemaschine, langfristig eine 100 %ige Funktions- und Ausfallsicherheit bieten, gut zu reinigen sein und dabei allen Desinfektionsmitteln widerstehen.

Auch quantitativ stellen sich in Fertigung und Montage stetig wachsende Herausforderungen: Durch die steigende Nachfrage nach Dialysemaschinen und Ersatzteilen muss bei Zahnradpumpen mit einer durchschnittlichen, jährlichen Steigerungsrate im zweistelligen Bereich gerechnet werden. Wurden vor drei Jahren noch rund 65.000 Pumpen produziert, ist der Bedarf im vergangenen Jahr auf 99.000 gestiegen. Auch für dieses Jahr erwartet Fresenius Medical Care eine weitere Zunahme. Deshalb sollte die Kapazitäts-Auslegung eines neuen Systems langfristig auch größere Stückzahlen an Zahnradpumpen bewältigen können.

Vielschichtiges Auswahlverfahren

Ralf Cimander, Leiter der mechanischen Fertigung von Fresenius Medical Care in Schweinfurt: „In der Teile- und Komponentenfertigung können wir die Nachfragesteigerungen gut handhaben. Unsere CNC-Maschinen sind weitestgehend automatisiert und für den mannarmen mehrschichtigen Betrieb geeignet. Ganz anders sah bis vor kurzem die Situation in der Pumpenmontage aus. Die Ressourcen waren an ihrer Kapazitätsgrenze angelangt.“ Also wurde eine Automationslösung für die Pumpenmontage ausgeschrieben. Den Zuschlag bekam FMB, die sich bei Fresenius Medical Care in Schweinfurt bereits mit ihren Stangenlademagazinen und dem Automationsbaukasten
UNIROBOT einige Lorbeeren verdient hatte.

Weil die Anlage mit einem Nutzungsgrad von 95 Prozent arbeiten und vor allem nachts, in den mannlosen Schichten, prozesssicher funktionieren soll, war die Entwicklung der Montagezelle entsprechend komplex. „Wir mussten vor allem berücksichtigen, dass der Mensch gewisse Unzulänglichkeiten der Bauteile bei manueller Montage ausgleicht. Und dass eine programmgesteuerte automatisierte Montage nicht über diese, dem Menschen eigene Sensibilität verfügt“, unterstreicht Heribert Gertung, Vertriebsmitarbeiter von FMB. Die einzelnen Bauteile der Pumpe müssen also unbedingt automationsgerecht sein beziehungsweise exakt der Spezifikation entsprechen. Bei der Projektierung stand fest, dass Roboter alleine noch keine Automatisierungslösung sind. „Entscheidend für die einwandfreie Funktion ist das Zusammenspiel der mechanischen und softwaretechnischen Schnittstellen. Hier verfügen wir über ein umfassendes Know-how“, so Gertung.

Nach einer Realisierungsdauer von einem dreiviertel Jahr und der „Vor-Ort-Montage“ von lediglich einer Woche, läuft die Anlage seit Ende September 2007 im Schweinfurter Werk. Die Programmierung (Teach-In), Einfahren und die Schulung wurden von FMB vor Ort unterstützt. Cimander: „Die automatisierte Pumpenmontage ist ein weiterer wichtiger Schritt, um Qualität, Menge, Kosten und Termine weltweit wettbewerbsfähig zu halten.“ Das UNIROBOT Montagesystem lässt sich z. B. bei Änderungen von Pumpenkomponenten durch Neuprogrammierung und gegebenenfalls den Austausch von Greifern und Vorrichtungen schnell und kostengünstig auf neue Aufgaben umrüsten. Die Investitionssicherheit ist somit langfristig gegeben – und sie spart vom ersten Tag an Kosten.

Ausstattung und Funktionsweise

Die von FMB gesamtverantwortlich realisierte Pumpenmontagezelle besteht aus zwei Knickarmrobotern mit Tragkräften von drei und sechs Kilogramm. Dazu kommen vier Montagestationen, sechs Rütteltöpfe beziehungsweise Rundvibratoren mit linearen Abführungen für die Vereinzelung der Bauteile wie O-Ringe, Stifte und Schrauben sowie Zuführschienen für Grund-
und Deckplatten der Gehäuse, Magnet und Zwischenwand. Jeder Roboter erhält seine Anweisungen von einer eigenen Steuerung. Grundsätzlich werden stets vier Pumpen parallel montiert – d. h., nach dem zunächst in allen vier Stationen die Gehäusegrundplatte eingelegt wurde, wird das nächste Bauteil entweder aus den Zuführbahnen oder aus den Abführungen der Rundvibratoren entnommen. Je nach Bauteil wird dazu einer der sechs Wechselgreifer automatisch gewechselt.

Insgesamt werden fünfzehn verschiedene Einzelteile zugeführt und montiert. Hinzu kommen sieben weitere Teile, die schon im Vorfeld manuell montiert wurden. Besonders sensibel sind zwei Montagschritte: Zum einen müssen je Pumpe zwei Passstifte mit einer Genauigkeit von einem 100stel Millimeter eingesetzt werden – andererseits ist ein O-Ring zu montieren. Der Passstift hat einen Durchmesser von 5 mm und eine Toleranz von g6 oder -4 bis -12 µm, die Bohrung hat die Toleranz H8 bzw. ein zulässiges Aufmass bis 24 µm. Das heißt für den 6-kg-schweren Roboter: Er muss die Passstifte mit einer Toleranz von minus zwei bis drei Hundertsteln Millimeter einsetzen.

Bei den O-Ringen bestehen Schwankungen weniger in den Abmessungen als vielmehr in ihrer Oberflächenrauheit und Konsistenz. FMB hat ein ausgeklügeltes Steuerungsprogramm geschrieben, mit dem die Roboter z. B. nicht korrekt gegriffene oder gesetzte Dicht- und Passelemente erkennt. Eine als n.i.O-Pumpe erkannte wird dann nicht mehr weiter veredelt, sondern an eine integrierte Ausschleusstation übergeben. Grundsätzlich wird jede Pumpe bereits innerhalb der Montagezelle auf Dichtheit und einwandfreie Funktionen geprüft.

Die Materialpuffer der Zelle sind so dimensioniert, dass sich ohne Nachfüllung Einzelteile für bis zu 250 Pumpen im Roboterzugriff befinden. Bei optimalem Nutzungsgrad beträgt die Stückzeit pro Pumpe 1,75 Minuten. Die Beladung des Materialpuffers geschieht nach wie vor manuell und dauert etwa 30 Minuten. Cimander: „Mit FMB haben wir einen sehr qualifizierten und engagierten Projektpartner
gefunden.“ Und Engagement bleibt auch nach Auslieferung und Installation der Anlage wichtig. Nach dem Motto „Lernen mit den Kunden“ wird Fresenius bei der Optimierung auch weiterhin mit umfassenden Serviceleistungen betreut.

Kooperation rechnet sich

Die Zusammenarbeit zwischen Fresenius Medical Care und FMB besteht schon seit vielen Jahren. So wurden die Abläufe und die Produktivität in der mechanischen Fertigung durch Stangenlademagazine und UNIROBOTS erheblich rationalisiert. FMB lieferte für eine 5-Achsmaschine ein automatisches Handlingsystem für zwei Baugruppen. Mittlerweile sind am Standort Schweinfurt insgesamt fünf UNIROBOTS im Einsatz – und es könnten noch mehr werden. Denn wie die erfolgreich automatisierte Pumpenmontage zeigt, bietet FMB mit dem UNIROBOT einen modularen Automatisierungsbaukasten, dessen Einsatzmöglichkeiten weit über das Be- und Entladen von Maschinen hinausgeht.

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Bericht in folgenden Kategorien:
Gehäusesysteme, Projektierung, Montagezellen, Greifer

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