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Mensch-Maschine-Kollaboration

Das Dream-Team

In der Qualitätssicherung des BMW Group-Werkes Landshut arbeiten Mensch und Roboter Hand in Hand. Die Mitarbeiter der Abteilung müssen sich nicht mehr mit dem Bewegen schwerer Bauteile plagen, sondern können sich voll auf ihre Aufgabe des Prüfens konzentrieren.Die Schwerstarbeit wird nun von Kuka-Robotern übernommen. Die MRK-Systeme GmbH hat die Anlage enwickelt, in der die Mitarbeiter mit den stählernen Kollegen direkt zusammenarbeiten.



Bild: Kuka Roboter GmbH

Die MRK-Systeme GmbH mit Sitz in Augsburg hat sich auf Mensch-Roboter-kooperierende Industrielösungen spezialisiert. Das Unternehmen ermöglicht die direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter – ohne Schutzzaun. Die 16 Mitarbeiter des 2004 gegründeten Unternehmens arbeiten hauptsächlich für Kunden aus dem Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Automotive.

Kurbelwellen für sämtliche Modelle

Das BMW Group Werk Landshut unterhält eine der modernsten Leichtmetallgießereien der Welt. Ob Drei-, Vier-, oder Sechszylinder Motoren, für sämtliche Modelle der BMW Flotte werden hier die Kurbelwellengehäuse gefertigt. Für die Qualitätssicherung der Kurbelwellengehäuse sollte der Prozess im Werk Landshut automatisiert werden. Vollständig automatisiert kann die Qualitätssicherung allerdings nicht werden, denn es bedarf weiterhin des geschulten Blickes der Mitarbeiter. Deswegen lautete der Auftrag an die MRK-Systeme GmbH: eine Anlage zu entwickeln, in der Mensch und Roboter direkt zusammenarbeiten. Das schont die Gesundheit der Mitarbeiter, die nun nicht mehr die schweren Bauteile bewegen müssen. „Die Mensch-Roboter-Kollaboration sorgt für die ergonomische Entlastung der Mitarbeiter von BMW“, erklärt Michael Mohre, verantwortlich für den Bereich Operations bei der MRK-Systeme GmbH und maßgeblich an der Installation der Automatisierung beteiligt. Seit nunmehr eineinhalb Jahren stehen zwei identische Applikationen mit jeweils einem Kuka Roboter für hohe Traglasten aus der KR Quantec-Serie vom Typ KR210 R2900 prime K – das K steht für die Konsolen-Ausführung des Roboters – an der Produktionslinie im bayrischen Landshut. Jeweils ein Mitarbeiter steuert dabei mittels Joystick die Bewegungen des Roboters, um in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler zu prüfen.

Jedes Gehäuse wird geprüft

Über ein Förderband werden alle produzierten Kurbelwellengehäuse in den Arbeitsbereich angeliefert. Je nach Bauart (Drei-, Vier- oder Sechszylinder), wählt die überlagerte Steuerung das entsprechende Programm zur Bewegungssteuerung des Roboters aus. Erreicht das Kurbelwellengehäuse den Arbeitsbereich des Roboters, steuert der Werker mittels Joystick dessen Bewegungen. Der Roboter bewegt sich dabei auf einer vorgegebenen Bahn zu dem Gehäuse, schließt den Greifer und reicht das Bauteil dem Werker an. Nun prüft es der Arbeiter mittels Kaltlichtlampe auf Fehler. Währenddessen hält der Roboter das rund 30 Kilogramm schwere Bauteil sicher in der für den Mitarbeiter optimalen Höhe. Hat der Werker den Prüfvorgang abgeschlossen, fährt er den Roboter samt Gehäuse zurück zum Förderband und legt es ab. Beendet ist der interaktive Prüfvorgang mit einem Knopfdruck. Damit dokumentiert der Mitarbeiter, ob das Bauteil ‚in Ordnung‘ oder ’nicht in Ordnung‘ ist.

Die Anforderung: So sicher und benutzerfreundlich wie möglich

Bei der direkten Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine steht die Sicherheit der Mitarbeiter an erster Stelle. Drei voneinander unabhängige Sicherheitsvorrichtungen sorgen für maximale Sicherheit am Arbeitsplatz. Die Absicherung besteht aus einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (Safe-SPS) die auch den Greifer sicher steuert, einer sicheren Robotersteuerung, die den Roboter nur bestimmte Geschwindigkeiten in Arbeitsräumen ausführen lässt sowie einem Zustimmtaster. Damit sich der Roboter überhaupt bewegt, muss der Mitarbeiter den Zustimmtaster gedrückt halten. Lässt er los, stoppt der Roboter augenblicklich. Für die praktikable Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ist darüber hinaus eine einfache Bedienung entscheidend. Bei der Umsetzung wurde darauf geachtet, dass sowohl Rechts- als auch Linkshänder einfach den Roboter steuern können. Ferner ist die Steuerung des Roboters intuitiv beherrschbar. Drückt oder zieht der Mitarbeiter den Joystick-Griff nach vorne oder hinten, bewegt sich der Roboter in eine parametrierte Richtung. Drückt er ihn nach links oder rechts, orientiert sich der Roboter ebenfalls entsprechend um. Über ein Daumenrad kann zudem die Höhenverstellung des Kurbelgehäuses relativ zum Werker vorgenommen werden.



Der Mitarbeiter steuert den Kuka-Roboter aus der KR Quantec-Serie vom Typ KR210 R2900 prime K mittels Joystick, um dann in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler zu prüfen. Bild: Kuka Roboter GmbH

Ergonomie als entscheidendes Kriterium

Bislang erfolgte die Qualitätsprüfung mittels eines ‚Rhönrades‘. Das Kurbelgehäuse wurde dabei mit Muskelkraft samt ‚Rhönrad‘ gedreht, um es so von allen Seiten auf Fehler zu untersuchen. Das Problem dabei: das ‚Rhönrad‘ ist schwer. Zudem mussten sich insbesondere großgewachsene Arbeiter bei jedem Prüfvorgang bücken, was schädlich für die Rückenergonomie ist. Das Ziel war eine Applikation, die die Mitarbeiter entlastet, einfach zu bedienen ist sowie die kurzen Taktzeiten einhält. „Die Anforderungen von BMW waren prädestiniert für den Einsatz von Robotern, da diese sehr flexibel einsetzbar sind. Bei Bauteiländerungen können sie zudem einfach umprogrammiert werden. Außerdem stimmt das Preis/Leistungsverhältnis“, erklärt Mohre, dessen Unternehmen ausschließlich mit Produkten von Kuka arbeitet. Die beiden eingesetzten Kuka-Roboter aus der KR Quantec-Serie verfügen jeweils über 210 Kilogramm Tragkraft. Die Kuka KR Quantec-Serie aus dem Segment der hohen Traglast steht für schnelle Taktzeiten sowie höchste Bahngenauigkeit.

Ausbau der bestehenden Anlage geplant

Mittlerweile befinden sich die beiden Anlagen seit dem Jahr 2015 in Betrieb. Zeit um ein Fazit zu ziehen: „Wir konnten die Erwartungen durchweg erfüllen. Die Taktzeiten können eingehalten werden und die Arbeit ist für die Mitarbeiter nun deutlich angenehmer“, sagt Mohre. Mittlerweile arbeiten Mohre und seine Kollegen sogar an einer Erweiterung der Anlage. So sollen zukünftig nochmal zwei Prüfstände für die Qualitätssicherung errichtet werden, um mit der steigenden Produktion Schritt zu halten. „Die neuen Applikationen werden identisch, mit Ausnahme einiger neuer Features, zu den bereits bestehenden sein“, verrät Mohre. Neben der erfolgreichen Umsetzung demonstriert die Anlage auch die sinnvolle und sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.



Der Roboter hält das schwere Bauteil ruhig und für den Mitarbeiter in genau der richtigen Höhe.
Bild: Kuka Roboter GmbH


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