Roboter als Fliesenleger

ROBOTER - Üblicherweise stellen Produzenten keramischer Wandfliesen ihre Mustertafeln zur Präsentation bei den Händlern manuell zusammen. Bei Engers Keramik in Neuwied übernimmt ein Sechsachs-Roboter diese Aufgabe.

08. Juni 2005

Der Roboterpionier und Gründer des ersten Unternehmens - Unimation -, das solche Geräte industriell herstellte, Joe F. Engelberger, hat einmal in einem einzigen Satz deren Anwendungsgebiete beschrieben: »Roboter eignen sich für alle Arbeiten, die für Menschen zu schwer, zu schmutzig und zu gefährlich sind.« Offensichtlich diese Worte vor Augen, haben nahezu alle Roboterhersteller und Systemintegratoren nach derartigen Arbeitscharakteristika in den unterschiedlichsten Branchen gesucht (und sie auch gefunden). Doch die Robotertechnik hielt nach und nach auch Einzug in viele neue Bereiche außerhalb der »traditionellen « Klientel wie Fahrzeug-, Maschinen- und Behälterbau, Gießereien, Hersteller von Eisen-, Blech- und Metallwaren und so weiter. Und - galten Roboter noch in den frühen 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts als kostspielige Prestigeobjekte, die man ehrfürchtig staunenden Kunden vorführte, so sind sie mittlerweile ganz normale Automatisierungskomponenten; nur halt die flexibelsten. Und auch die Investitionskosten für diese Geräte haben sich in den letzten 20 Jahren mehr als halbiert. All diese Tatsachen machen Robotertechnik endlich auch interessant für Anwendungen, in denen bislang Handarbeit dominiert hat, wie dieses Anwenderbeispiel zeigt. Die Engers Keramik GmbH & Co. KG, Neuwied, stellt keramische Wand- fliesen her und bedient sowohl Fachhändler als auch Baustoffmärkte. Das 1911 gegründete Unternehmen beschäftigt aktuell 145 Mitarbeiter und sieht seine Situation im Wettbewerb eher gelassen: »Wir bedienen Marktnischen, in denen wir sehr gut leben können«, so Wilfried Ower, Mitglied der Geschäftsleitung. Im Gegensatz zu manchem Konkurrenten sind die Produkte von Egers nämlich stark designorientiert und finden so trotz schlechter Baukonjunktur gute Resonanz im Markt. Zur Präsentation des Produktspektrums bei den Händlern dienen Mustertafeln. Das sind MDF-Platten, die mit Fliesen in den verschiedenen Designs beklebt sind. »Wir fertigen etwa 80.000 bis 90.000 solcher Tafeln in unterschiedlichen Größen im Jahr«, so Wilfried Ower. »Vor etwa zwei Jahren haben wir uns Gedanken gemacht, wie wir die manuelle Fertigung dieser Mustertafeln au tomatisieren können. Auslöser war für mich ein Roboter, der bei Mercedes Benz Windschutzscheiben verklebt. Als ich diesen Roboter sah, kam ich auf die Idee, daß es doch auch möglich sein müßte, auf ähnliche Art und Weise Fliesen auf dafür vorgesehene Tafeln zu kleben.« Damals klebten Arbeiter die Fliesen einzeln per Hand und mit Hilfe von Distanzstücken auf die Tafeln, was einerseits gängige Praxis bei Fliesenherstellern, andererseits aber sehr aufwendig ist. Die Mitarbeiter mußten die Tafeln dazu von Hand stapeln, an einem bestimmten Arbeitsplatz entnehmen und positionieren, mit den Fliesen bestücken und wieder abtransportieren. Ower: »Ein geübter Mitarbeiter konnte etwa fünfzig Tafeln am Tag kleben. Heute erledigt diese Aufgabe ein Roboter in einer Stunde.« Die entsprechende Anlage besteht aus einem zentral angeordneten Industrieroboter RX 130 L von Stäubli und der Peripherie: sieben Magazine für die Bevorratung der Fliesen sowie einer Heißleim- und Silikon- Spendeeinrichtung. Ein Transportband mit zwei Hubtischen dient zum Transport und zur Ablage der leeren und fertig beklebten Tafeln.

Autonomer Roboter

Als Roboter kommt ein RX 130 L von Stäubli zum Einsatz. Stäubli hatte übrigens das von Joe Engelberger gegründete Unternehmen Unimation übernommen. Der leistungsfähige Sechsachser ist einerseits von seiner Reichweite und hohen Präzision her für die Anwendung geeignet, andererseits ermöglicht die voll verkleidete Ausführung einen sicheren Betrieb. »Der Roboter steuert die gesamte Anlage«, erläutert Klaus Radke, Geschäftsführer der Klaus Radke Industrietechnik GmbH & Co. KG, Neuwied. Er zeichnete verantwortlich für Konzeption und Implementierung der Anlage. »Die steuerungstechnischen Möglichkeiten der Roboter«, so Radke weiter, »waren ein Grund für die Entscheidung pro Stäubli. Die Roboter verfügen über die benötigten Ressourcen und arbeiten völlig autonom, ohne daß wir übergeordnete Rechner, SPSen oder ähnliches zwischenschalten müssen. Und dabei hat der Roboter noch Kapazitäten frei, beispielsweise für das Steuern zusätzlicher Achsen, das Einbinden von Vision-Systemen oder eine Erweiterung durch digitale Ein- und Ausgänge.«

Arbeitsablauf

Der Fertigungsprozeß beginnt damit, daß ein Gabelhubwagen einen der Anlage vorgeschalteten Hubtisch mit einer Europalette beschickt, auf der 100 leere Mustertafeln gestapelt sind. Über Anschläge werden die Tafeln hier fi xiert und zentriert. Zeitparallel dazu werden die verschiedenen Fliesen, die zu verkleben sind, manuell in die Magazine einsortiert. Diese sind so bemessen, daß sich 50 Mustertafeln ohne Unterbrechung kleben lassen. Dann werden Heißleim- und Silikonanlage eingeschaltet. Alle Mustertafeln von Engers sind mit ihren Artikelnummern, Abmessungen sowie den Fliesentypen und -abmessungen im Computer hinterlegt. »Wir haben insgesamt zwanzig verschiedene Fliesen- und über vierzig verschiedene Tafelgrößen«, bestätigt Wilfried Ower. Nachdem der Bediener die Umhausung der Roboterzelle geschlossen und die Sicherheitsvorkehrungen eingeschaltet hat, ruft er über die Steuerung die Artikelnummer und damit das entsprechende Programm auf - das Startzeichen für den Roboter, mit seiner Arbeit zu beginnen. Dazu entnimmt er mit seinem Sauggreifer die erste Fliese aus einem der Magazine und führt sie zu den Spendern, wo durch Düsen Silikon und Klebstoff auf die Fliese aufgetragen werden. Danach dreht der Sechsachser die Fliese so, daß sie mit der Unterseite nach unten zeigt und drückt sie an der für sie vorgesehenen Stelle sanft auf die Tafel. Danach kommt die nächste Fliese an die Reihe und so fort, bis die Präsentationstafel fertig beklebt ist. Diese läuft anschließend über ein Transportband in eine Klammer. Hier wird sie von einem zweiten, mit einer leeren Palette beladenen Hubtisch übernommen. Sind 50 Tafeln fertig mit Fliesen beklebt, unterbricht der Roboter für einen Moment seine Arbeit. Beide Hubtische senken sich ab in die Grundposition, damit der Bediener die fertigen Tafeln aus dem Arbeitsraum des Roboters entnehmen kann. Anschließend befüllt er die leeren Magazine wieder mit Fliesen. »Die Bedienung der Anlage ist einfach «, sagt Wilfried Ower, »und wird von angelernten Kräften übernommen, die früher die Fliesen von Hand geklebt haben.« Dazu ermöglicht eine grafi sche Benutzeroberfläche den Bedienern die menügeführte Eingabe von Parametern über die Tastatur. »Die Mitarbeiter haben sich erstaunlich schnell in das einfache Programm eingearbeitet«, so Ower weiter. »Es sind keine besonderen PC-Kenntnisse erforderlich, um die Anlage zu bedienen.« Zu den Besonderheiten des »Mutaro « - Mustertafelroboter -, so hat der Fliesenhersteller die Anlage getauft, zählen das speziell angepaßte Programm und die Greifer als Eigenentwicklungen des Neuwieder Ingenieurbüros. Die Fliesen sind zwar ein Massenprodukt, aber durch das Brennen des Tons ergeben sich Unterschiede in der Maßhaltigkeit. Das heißt, die Abmessungen der Fliesen sind nicht zu 100 Prozent reproduzierbar, sie variieren im Bereich von einigen wenigen Zehntelmillimetern.

Wenn´s mal nicht paßt, hilft die Steuerung

Um ein sauberes Lagebild zu erreichen, muß der Bediener bei Dreh Fugenwinkel und Anordnung der Fliesen in den Prozeß eingreifen können. Dazu hat er die Möglichkeit, über eine Eingabemaske die Position jeder Fliese exakt anzugeben und zu korrigieren. Ebenso kann er den Klebe- und Silikonauftrag bestimmen. »Es gibt keinerlei Einschränkungen des Lagebildes«, erklärt Ower. »Bei Einlegeteilen kann der Bediener zum Beispiel über die Eingabemaske dem System mitteilen, wo genau sich die Ausschnitte in der Fliese befinden und wie die Einlegeteile zu positionieren sind.« Der Abstand zwischen den Fliesen auf der Mustertafel beträgt in der Regel drei Millimeter bei einer Genauigkeit von etwa 4/100 Millimetern. Wichtig ist, daß dieses Fugen bild genau eingehalten wird, da die Mustertafel dem Kunden im Baumarkt einen Eindruck davon vermittelt, wie die Fliesen später bei ihm auf der Wand aussehen. Der Greifer - ein Vakuumgreifer - besteht aus einer Vorrichtung mit verschiedenen Saugnäpfen, welche die Fliesen aus den Magazinen aufnimmt, zu den Klebeeinrichtungen transportiert und auf die Mustertafeln drückt.

Besondere Herausforderungen

Je nach Fliesentyp (mit glatter oder strukturierter Oberfl äche) kommen nach Größe und Saugertyp unterschiedene Greifer zum Einsatz, die zum Wechsel jeweils mit einem Schnellverschluß ausgestattet sind. »Das Abstimmen der verschiedenen Sauger - das Ingenieurbüro hat sich für sich solche von Schmalz, Glatten, entschieden - auf die unterschiedlichen Oberflächen der Fliesen war nicht ganz so einfach«, gesteht Wilfried Ower. »Auch heute laufen noch Versuche bei uns, die hier Verbesserungen bringen sollen.« Und Klaus Radke vom Neuwieder Systemintegrator ergänzt: »Ein weiteres Problem bei der Konzeption der Anlage hatten wir eingangs mit den nicht exakt reproduzierbaren Abmessungen der Fliesen.« Heute mißt der Anlagenbediener bei einer neuen Charge die Maße mit der Schieblehre nach und stellt die Anlagenparameter entsprechend ein. »Am Arbeitsbeginn fahren wir die erste zu klebende Mustertafel vom Ablauf her zwar automatisch«, sagt Ower, »allerdings ohne Kleber. Das heißt, wir verlegen sie trocken.«

Stabiler Prozeß

Nach Begutachtung der Tafel und eventueller Korrektur des Programm ablaufs folgt noch ein Trokkenlauf. Erst wenn dieser fehlerfrei war, beginnt die Produktion. Der Ausschuß tendiert dementsprechend gegen null. Wenn Ausschuß produziert wird, dann aufgrund einer Falscheingabe, zum Beispiel, wenn der Bediener ein falsches Maß eingibt. Dann kann es schon einmal vorkommen, daß Fliesen zum Beispiel übereinander liegen oder sich verschieben. Die meisten Bedienfehler fängt allerdings die Anlage auf. Zum Beispiel weiß der Roboter zu jeder Zeit, welcher Greifer gerade montiert ist. Sollte der Anlagenbediener eine nicht zum Greifer passende Fliese in den Programmablauf eingeben, beginnt der Roboter erst gar nicht mit der Produktion. Seit Januar 2003 läuft die Anlage im Zweischichtbetrieb und sie soll sich innerhalb von zwei Jahren amortisiert haben. Auch an eine Erweiterung hat Wilfried Ower schon gedacht: »Im Moment müssen wir die Etiketten noch von Hand auf die Mustertafeln kleben. Auch müssen wir sie in Ausnahmefällen noch zusätzlich manuell mit Einlegern bestücken. Wir stellen uns vor, daß diese Aufgaben in Zukunft ein kleinerer, zusätzlicher Industrieroboter übernimmt.« Das werden die Vertriebsingenieure bei Stäubli Tec-Systems in Bayreuth natürlich gern hören. Das Unternehmen hat Anfang Februar diesen Jahres die Scara-Sparte von Bosch Rexroth mit etwa 40 Mitarbeitern am Standort Stuttgart übernommen und damit das bisherige Gerätespektrum komplettiert. Während sich Bosch Rexroth nach der Veräußerung nun in der Montagetechnik auf angestammte Märkte fokussieren will, in denen das Unternehmen bereits eine führende Position einnimmt, bietet Stäubli durch den Zukauf ein komplettes Programm von Vier- und Sechsachsrobotern mit Traglasten zwischen knapp zwei und 165 Kilo. Systemintegrator Klaus Radke weiß um das Know-how, das in seiner Anlage steckt und plant, diese in Serie zu fertigen: »Der ›Mutaro‹ ist ein Prototyp mit Serienreife. Die Anlage läßt sich auf die unterschiedlichen Bedürfnisse der Kunden anpassen und wäre durchaus auch für Hersteller von zum Beispiel Bodenfliesen interessant.« Für die Zukunft hat Radke auch angedacht, zum Beispiel für das Zurechtschneiden von Fliesen Wasserstrahl- Schneidanlagen in den Prozeß zu integrieren.

FACTS:

Roboter RX 130 L

¦ 6 Achsen

¦ 6 Kilo Nennlast

¦ 10 Kilo Höchstlast

¦ +/- 0,035 mm Wiederholgenauigkeit

¦ 1.660 mm Reichweite

¦ Schutzklasse IP 65

¦ Boden- und Deckenmontage

möglich

¦ Steuerung: Stäubli CS8 mit

Handbediengerät

Erschienen in Ausgabe: 03/2005