Sicherer Greifreflex

Robotik für die Lebensmittelindustrie

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24.10.2014 In allen Branchen zu Hause: Bei unzähligen Gütern beziehungsweise Packstücken setzen Betreiber für das Herstellen der versandtechnisch gewünschten Ladeeinheiten auf Roboter. Die weitere Verbreitung dieser Technik scheitert heute nur noch selten an den Investitionssummen für die Grundmaschine. Sondern häufig an den nicht verfügbaren Zuführtechniken, die dem Roboter das zu handhabende Packstück „mundgerecht“ zufördern und an fehlenden Greiftechniken, die für das gesamte Packstückspektrum geeignet sein müssen.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Das automatisierte Handling von Eimern stellt Betreiber vor besondere Herausforderungen. Denn auch wenn sich der Eimerdeckel auf den ersten Blick als Fläche für Sauger anbietet, bedarf er eines schonenden Umgangs und sollte möglichst nicht berührt werden.
  • Eine sichere, aber technisch anspruchsvolle Lösung ist hier der Griff unter den Eimerrand. Hierfür setzt das Unternehmen im Fallbeispiel auf eine spezielle Greiferkonstruktion, die Leistungen bis 500 Eimer pro Stunde ermöglicht.

Herausforderung Eimer
Eimer kommen in unserer Industriegesellschaft als Verpackung für flüssige und pastöse Produkte wie Farben, Kleber, Milchprodukte, Dünger und Fette zum Einsatz. Dabei sind sie nicht nur Verpackung für die Lagerung und den Versand, sondern auch Aufbewahrungs- und Verarbeitungsgefäß beim Kunden. Besondere Vorsicht bei dieser Art der Verpackung ist geboten, wenn Produkte wie Harze, Alkohole, Säuren oder Laugen zu palettieren sind. Soll ein Roboter Eimer palettieren, stehen in der Regel zwei Aspekte im Vordergrund: Zum einen darf der Roboter den Deckel nicht für die Greifaufgabe nutzen. Denn obwohl sich der Eimerdeckel geradezu anbietet, einen Sauger für das Handling aufzusetzen, ergeben sich durch diese Lösung zahlreiche mögliche Fehlerquellen; beispielsweise ein beschädigter Deckel, ein nicht festsitzender Deckel oder im Extremfall auch ein fehlender Deckel. Selbst wenn diese Störungen nur im Promillebereich liegen, käme dies bei vielen Anwendungen einer Katastrophe nahe. Klebrige, verderbliche oder toxische Produkte könnten sich in der Roboterzelle unkontrolliert entleeren und die Rollen sowie Ketten der Fördertechnik kontaminieren. Unter Umständen können diese Fehler die Produktion für Stunden zum Erliegen bringen und bei Verschmutzungen durch Milchprodukte oder anderen verderblichen Lebensmitteln wären hygienische Standards kaum sicherzustellen. Zum zweiten darf der Eimergriff auf der Palette keinen Nachbarbügel berühren. Erfahrungen in den Anfängen der Robotertechnik haben gezeigt, dass sich gegenseitig berührende Bügel ungewollt hochklappen. Die Folge waren unvorhersehbare Kollisionssituationen, die in der Zerstörung der gesamten Ladeeinheit endeten. Daher ist es wichtig, dass alle Tragebügel im Stapelverbund gleich orientiert sind und sich beim Handhabungsvorgang des Roboters kein Bügel nach oben klappen kann.

Gezielter Griff am Eimerrand
Eine akzeptable, aber technisch anspruchsvollere Lösung, ist der Griff unter den Eimerrand. In der Vergangenheit gab es bereits mehrere Versuche und Greiferkonstruktionen, die den Rand zur Packstückaufnahme nutzten, um an dieser Stelle das Produkt aufzunehmen. Bei hohen Paletten und leicht wankenden Stapeln (verursacht durch schlechte Paletten) besteht die Gefahr, dass sich der Greifer mit dem zuvor palettierten Eimer oder einem seiner Nachbareimer verhakt. Ein im Jahr 2009 entwickeltes System zeigte aber, dass das Greifen mit Randuntergriff auch ohne diese Nachteile möglich ist – bei Leistungen bis 500 Eimer pro Stunde. Die Applikation hält den Eimer unter dem Rand durch exzentrisch ausschwenkbare Riegel. In Lösestellung kann der Roboter den Greifer nach oben gefahrlos herausziehen da sich keine Störkanten zu einem bereits palettierten Eimer ergeben. Als Dreiarmkonstruktion ist es möglich die Exzenterarme so zu positionieren, dass das System die Lücken zwischen den Eimern nutzt, um den Greifer zu platzieren. Auch die Henkelausrichtung ist mit dieser Lösung einfach zu realisieren: Vor dem Verriegeln der Exzenter, aber schon in Greifposition, dreht der Roboter den Eimer je nach Henkelform um circa 60 bis 90°. Hierbei drehen die anliegenden Exzenterarme den Eimer durch die sich automatisch ergebende Bügelberührung in die gewünschte Position. Die aktuelle Generation der Exzentergreifer passt der Anwender über eine motorische Verstellung der Greifarmpositionen an unterschiedliche Eimerformate an. Somit können Betreiber runde Eimer im beliebigen Wechsel mit ovalen Eimern unterschiedlicher Größen ohne Um- und Einstellarbeiten palettieren. Die Konstruktion des Exzentergreifers ermöglicht eine gute Reinigung und ist daher auch für hygienische Prozesse geeignet. Bei schnellen Füllanlagen oder beim gleichzeitigen Zuführen mehrerer Produktionslinien stößt ein Roboter mit Einzelgriff an seine Grenzen. Eine Leistungssteigerung durch Doppelgriff ist wie häufig in der Branche üblich, auch mit dem Exzentergreifer möglich. Dieses System greift aber nicht wie sonst üblich zwei Packstücke nebeneinander, sondern übereinander. Bei dem Vorstapelverfahren ist der Greifer mit besonders langen Exzenterarmen ausgestattet. Anfänglich läuft nur ein Eimer in die Übergabestation, wo ihn der Roboter ausrichtet und anhebt. Danach läuft der nächste Eimer in die Übergabestation und der Roboter setzt den zuvor gegriffenen Eimer auf den gerade eingelaufenen Eimer. Der Greifer öffnet sich nun, senkt sich bis zum unteren Eimer ab und greift hier den Rand des unteren Eimers und palettiert nun beide Eimer gemeinsam.

Kein Turmbau zu Pisa
Eimer bringen beim Palettieren noch weitere Probleme mit sich: Sie sind nicht, wie bei Kartonagenverpackungen, einfach im gegenseitigen Verbund zu einer stabilen Ladeeinheit zusammenzufügen. Betreiber können sie nur als Säule stapeln, was gerade bei kleinen Eimern und großen Palettierhöhen eine Herausforderung an die Systemtechnik darstellt. Die für den Transportweg häufig verwendete Europalette ist selten ideal flach – und auf einer schiefen Basis können nur schiefe Türme entstehen. Neben der Kippproblematik des gesamten Turmes trifft bei schlechten Paletten auch der Roboter mit wachsender Lagenzahl den obersten Eimer nicht mehr zuverlässig. Die Eimer rasten dann nicht mehr ineinander und Störungen sind nicht zu vermeiden. Die gebräuchliche Lösung für die Stapelstabilisierung ist der Einsatz von Zwischenlagen, die das System (je nach Produkt und Verhalten) zwischen einer oder mehreren Lagen platziert. Beim Einsatz des Roboters ist es deshalb notwendig, dass die Applikation dieses Zwischenlagenhandling mit übernimmt. Auch diese Zusatzaufgabe ist mit den Exzentergreifsystemen möglich, indem Sauger nach unten geklappt oder je nach Greiferversion nach unten teleskopiert werden. Bei vielen Applikationen reichen die zuvor aufgezeigten Techniken nicht, um die geforderten Leistungen und das zu berücksichtigende Produktspektrum in der Roboterzelle abzudecken. Um eine weitere Steigung der Palettierleistung zu realisieren, muss der Roboter mehrere Packstücke gleichzeitig handhaben. Eine Lösung ist hier das Bilden einzelner Säulen aus mehreren Eimern in einer vorgeschalteten Stapelstation mit nachgeschalteter Säulenpalettierung durch den Roboter. Der Roboter greift bei diesem System die vorgestapelten Säulen seitlich durch höhenjustierbare Einzelsauger. Dieses Verfahren kommt vorzugsweise bei kleinen Eimern zum Einsatz, da hier in kürzeren Taktzeiten gefüllt wird und somit die Palettierleistung in der Regel höher ist. Kleinere Eimer bedeuten auch kleinere Standflächen und auf Grund der geringeren Höhe viele Lagen auf der Palette, wodurch sich die Notwendigkeit der Zwischenlagen fast schon zwangsweise ergibt.

Für Mayonnaise und Ketchup
Die aufgezeigten Möglichkeiten der Leistungssteigerung und Multifunktionalität nutzte der Hersteller bei der robotergestützten Zentralpalettierung bei Senna, dem größten österreichischen Hersteller für Ketchup und Mayonnaise, um ein Großteil der Produkte in der Roboteranlage palettieren zu können. Zwei Roboter palettieren in Wien seit 2009 an zentraler Stelle Eimer, Kanister und gleichzeitig auch Kartonagen verschiedener Größen. Denn ob Butter, Margarine, Speisefette, Trennmittel oder Feinkostzubehör: All diese Speisezutaten sind in Eimern verpackt und somit zum Palettieren geeignet. Die Techniker von Roteg standen nun vor der Aufgabe ein System zu entwickeln, das sowohl Blechkanister, Produktsortimente in Kartonverpackungen und Kunststoffeimer unterschiedlicher Größen verarbeiten kann und gleichzeitig hohe Palettierleistung ermöglicht. Das Ergebnis war eine Roboterzelle mit multifunktionalem Greifsystem. Die zu palettierenden Eimer der verschiedenen Größen richtet eine vorgeschaltete Station aus. Am Ende der Fördertechnik laufen die Behälter in ein angetriebenes Rollenpaar, wo das System die Bügelausrichtung vornimmt. Eine nachgeschaltete Stapeleinheit bildet im Anschluss Eimersäulen von wahlweise zwei bis vier Eimern. Nach dem Bilden der Säule stellt das Gerät die Saugerreihen im Greifer pneumatisch auf die Eimerhöhen beziehungsweise den Eimerstapel ein, sodass der Roboter die gesamte Eimersäule seitlich greifen kann. Wahlweise kann der Betreiber in der Anlage unterschiedliche Eimergrößen und Stapel bilden und palettieren lassen. Der gesamte Greifer kann von der senkrechten Orientierung und seitlichem Griff durch ein Drehgelenk in die waagerechte Stellung geklappt werden. In dieser Position kann er die notwendigen Zwischenlagen handhaben wie auch die Kartonverpackungen, die die Anlagen ebenfalls vollautomatisch palettieren.

Selbst ist der Bediener
Je nach Produkt und Stapelhöhe benötigt der Betreiber zwei bis vier Zwischenlagen pro Palette für das Stabilisieren der Lagen. Softwaretechnisch kann der Bediener wählen, ob und in welcher Lage er die Zwischenlagen platzieren möchte. Bei Senna sind zwei dieser Multifunktionalen Roboter im Einsatz und teilen sich in der Zentralpalettierung die anfallenden Aufgaben. Ein weiterer Vorteil bei diesem System ist, dass beim Formatwechsel (Umstellen der Kübelgebinde, beziehungsweise auch das Umstellen auf Karton) nur geringfügige Rüstzeiten anfallen. Durch die Bedienoberfläche am Steuerpult konnten die Mitarbeiter die Anlage ohne lange Einschulungszeiten selbsttätig bedienen. Zentralpalettierung und hohe Leistung bedeutet aber auch, dass die Paletten in den Roboterzellen schnell und kontinuierlich zu wechseln sind. Die Zellen sind daher mit einer automatischen Fördertechnik ausgestattet: Die Leerpalettenversorgung und der Vollpalettentransport zum nachgeschalteten Ladungssicherungsautomaten (Stretcher) realisiert ein Verschiebewagen. Dieser ist fester Bestandteil der Robotersteuerung, sodass die Palettenwechsel an beiden Zellen zügig und harmonisch in den Handhabungsablauf eingebunden sind. Insbesondere nach der Installation des zweiten Roboters, der erst nach einer Pilotphase zum Einsatz kam und räumlich wie auch steuerungstechnisch in die Zentralpalettierung eingebunden ist, konnte der Hersteller eine Zentralpalettierung auf kleinem Raum realisieren.

 

 

Weitere Beiträge zum Thema Robotertechnik finden Sie unter folgendem Link.

Zur Homepage des Herstellers gelangen Sie hier.

Ein Video der Roboteranalge im Einsatz finden Sie hier.

Heftausgabe: November 2014
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Über den Autor

Tabea Graefenstein
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