Mensch und Maschine
prüfen im Team

Das Werk Landshut der BMW Group unterhält eine sehr moderne Leichtmetallgießerei. Ob Drei-, Vier-, oder Sechszylindermotoren, für sämtliche Modelle werden dort die Kurbelwellengehäuse gefertigt. Die Qualitätssicherung der Kurbelwellengehäuse sollte im Werk Landshut automatisiert werden. Allerdings kann der Prozess nicht vollständig automatisiert werden, es bedarf weiterhin des geschulten Blicks eines Mitarbeiters. 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 MRK-Systeme und maßgeblich an der Installation der Automatisierung beteiligt. Seit eineinhalb Jahren stehen zwei identische Applikationen mit jeweils einem Kuka-Roboter für hohe Traglasten aus der KR-Quantec-Serie an der Produktionslinie im bayerischen Landshut. Jeweils ein Mitarbeiter steuert mittels Joystick die Bewegungen des Roboters, um in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler zu prüfen.

Jedes Kurbelwellengehäuse wird geprüft

Über ein Förderband werden alle produzierten Kurbelwellengehäuse in den Arbeitsbereich angeliefert. Je nach Bauart (Drei-, Vier- oder Sechszylinder), wählt die übergeordnete 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 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.

Sicher und benutzerfreundlich

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 den Roboter leicht steuern können. Ferner ist die Steuerung 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.

Ergonomie als entscheidendes Kriterium

Bislang erfolgte die Qualitätsprüfung mittels eines Rhönrads. Das Kurbelgehäuse wurde 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 sich schädlich auf die Rückenergonomie auswirken kann.

Das Ziel war eine Applikation, die die Mitarbeiter entlastet, einfach zu bedienen ist sowie die kurzen Taktzeiten einhalten kann. „Die Anforderungen von BMW waren prädestiniert für den Einsatz von Robotern, da diese sehr flexibel einsetzbar sind. Bei Bauteiländerungen können sie zudem leicht umprogrammiert werden. Außerdem stimmt das Preis-Leistungsverhältnis“, erklärt Mohre, dessen Unternehmen ausschließlich mit Produkten von Kuka arbeitet. Die beiden eingesetzten Roboter 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 Anlage geplant

Mittlerweile befinden sich die beiden Anlagen seit dem Jahr 2015 in Betrieb. „Wir haben die Erwartungen durchweg erfüllt. 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 nochmals zwei Prüfstände für die Qualitätssicherung errichtet werden, um mit der steigenden Produktion Schritt zu halten. „Die neuen Applikationen werden mit Ausnahme einiger neuer Features identisch zu den bereits bestehenden sein“, verrät Mohre. Neben der erfolgreichen Umsetzung demonstriert die Anlage auch die sinnvolle und sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.