Cobots führen Schraub- und Verpackungsarbeiten für einen Werkzeughersteller durch

Die einfache Programmierung war einer der Hauptgründe, warum Work Sharp in Cobots investierte. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Um zu lernen, wie man Cobots programmiert und nutzt, absolvierten mehrere Mitarbeiter das Online-Schulungsprogramm von Universal, die UR Academy. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Ein Cobot faltet eine Schachtel in Form, verpackt sie mit Produktkartons und schickt die beladene Schachtel dann durch eine Klebebandmaschine. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Um den Schraubvorgang zu automatisieren, behielt Work Sharp das gleiche Setup wie bei der ursprünglichen manuellen Anwendung bei. Der einzige Unterschied besteht darin, dass jetzt ein Cobot die Aufgabe übernimmt. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Für das Aufrichten von Kartons dachte Work Sharp ursprünglich über den Einsatz einer speziellen Kartonbaumaschine nach. Allerdings sind solche Maschinen nicht so flexibel wie ein Cobot. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Ein Cobot automatisiert den Prozess der Schraubenmontage im Kunststoffgehäuse eines Messerschärfers. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots

Ganz gleich, ob Sie Gemüse für die Suppe schneiden, einen Baum im Hinterhof beschneiden oder einen frisch gefangenen Fisch beim Campingausflug filetieren – eine scharfe Klinge ist für Effizienz, Qualität und Sicherheit von entscheidender Bedeutung.

Work Sharp Tools mit Sitz in Ashland, Oregon, stellt seit 1973 Schärfer für Küchenmesser, Jagdmesser, Gartenscheren, Scheren, Äxte und andere Werkzeuge mit Klingen her. Work Sharp begann als Darex in Beecher, Illinois, und stellte Geräte zum Schärfen industrieller Schneidwerkzeuge her . Das D, A und R von Darex sind die Initialen von drei Generationen der Familie Bernard. Großvater Arthur Bernard, der zuvor die Bernard Welding Co. gegründet hatte, brachte seine Energie und Führung für Sohn Richard und Enkel David ein.

1978 zog Darex nach Ashland, wo es bis heute seinen Wohnsitz hat. Im Jahr 2012 wurde Matthew Bernard der Familieninhaber des Unternehmens in der vierten Generation. Im Dezember 2020 verkaufte das Unternehmen die Industriemarke Darex und begann seine Geschäftstätigkeit als Work Sharp, wobei es sich ausschließlich auf den Verbrauchermarkt konzentrierte.

Um der gestiegenen Nachfrage gerecht zu werden, musste das Unternehmen sein Sortiment um weitere Produkte erweitern, ohne mehr Mitarbeiter einstellen zu müssen.

„Im Grunde musste ich mit der gleichen Menge an Ressourcen mehr erreichen“, erklärt John Griffin, Betriebsleiter bei Work Sharp, und erklärt, dass in der Gegend von Ashland ein Mangel an verfügbaren Arbeitskräften herrscht.

Work Sharp benötigte außerdem Geräte, für die kein neuer, spezieller Raum erforderlich war. „Wir haben eine kleine Produktionsfläche, daher wollte ich etwas, das keine separate Zelle erfordert, sondern direkt in unsere Montagelinie passt“, sagt Griffin.

Am Fließband wollte Griffin den Prozess der Installation von Schrauben im Kunststoffgehäuse eines Messerschärfers automatisieren. Und an der Packstation wollte Griffin den Prozess des Aufrichtens von Kartons automatisieren. Für den Aufbau von Kisten erwog das Unternehmen den Einsatz von Kistenbauern.

„Aber sie waren in ihren Möglichkeiten eingeschränkt und arbeiteten nur an einer bestimmten Palette von Kartons. Wir wollten mehr Flexibilität“, sagt Griffin.

Griffin hatte Universal Robots auf vielen Messen gesehen. „Sie schienen einfach zu programmieren, und sogar Anbieter, die keine Robotik verkauften, verwendeten diese Roboter in ihren Ständen“, erinnert er sich. „Das hat mir irgendwie gesagt: ‚Wow, das ist wirklich das beliebteste.‘“

Einer der Gründe für die weite Verbreitung der Cobots sind ihre eingebauten Sicherheitsmechanismen, die den Cobot-Arm automatisch stoppen, wenn er auf seinem Weg auf Hindernisse trifft. Sobald eine Risikobewertung durchgeführt wurde, können die Cobots ohne Sicherheitskäfig arbeiten. „Jetzt kann ich Leute direkt neben den Cobots arbeiten lassen, ohne dass ein Haufen Käfige nötig sind“, sagt Griffin.

Der Verzicht auf teure und umständliche Schutzvorrichtungen trug auch dazu bei, dass die kollaborativen Roboter preislich attraktiv waren. „Was den ROI für den Kauf der Cobots angeht, habe ich zunächst damit gerechnet, dass es etwa 16 Monate dauern würde“, sagt Griffin, der überrascht war, als er sah, dass sich die UR-Cobots in weniger als einem Jahr amortisierten. „Wir arbeiten rund 30 Prozent effizienter. Ich bin flexibler, da für den Betrieb dieser Linie weniger Personal erforderlich ist, sodass ich die Leute auf verschiedene Bereiche konzentrieren und verschiedene Produkte produzieren kann.“

Anstatt nur zwei Produkte pro Woche zu erstellen, kann Work Sharp jetzt vier Produkte pro Woche erstellen.

Die Aufgabe, die Messerschärfer zusammenzubauen, schien für Work Sharp ein logischer Ausgangspunkt für den Start eines Automatisierungsprojekts zu sein.

„Traditionell hatten wir einen Bediener mit einer pneumatischen Schraubenpistole, der eine Schraube aus einem Schraubenvorschubgerät entnahm, sie in die Maschine steckte und sie auf Drehmoment antreibt – eine sehr eintönige, sehr ergonomisch unfreundliche Arbeit“, sagt Griffin.

Um die Bediener von dieser unerwünschten Aufgabe zu entlasten, entschied sich Work Sharp für den Tisch-Cobot UR3. Das Unternehmen konnte den gleichen Aufbau mit dem Schraubenvorleger und der Schraubenpistole beibehalten; Der einzige Unterschied bestand darin, dass der Cobot die Aufgabe erledigte.

Sam Jacobson, Produktionsleiter bei Work Sharp, erzählt, wie Bediener manchmal das Einsetzen von Schrauben übersahen, weil die Löcher in den Gehäusen schwer zu erkennen waren. „Der UR3 schraubt ständig alle Hebel in Bewegung und wenn nicht, benachrichtigt er uns sofort“, sagt er. „Wir haben durch die Cobots auf jeden Fall eine Steigerung der Produktqualität festgestellt.“

Der Erfolg der Schraubanwendung veranlasste Work Sharp schnell dazu, die gesamte Montagelinie in einem neuen Licht zu betrachten.

„Da unsere erste Anwendung so reibungslos verlief, beschlossen wir, den Einsatz zu erhöhen und ein Fördersystem und alle SPS zur Steuerung von Dingen wie der pneumatischen Presse sowie einen weiteren UR-Roboter auf der Boxseite hinzuzufügen“, sagt Jacobson. „Ich habe mich eigentlich dafür entschieden, die UR-Steuerung zum Programmieren und Verwalten der gesamten Linie zu verwenden und dabei die Modbus-Kommunikation zu nutzen, um die verschiedenen SPS über das Programmierhandgerät des UR-Cobots zu verbinden. Ich konnte das Ganze so schnell programmieren, dass ich mit dieser Entscheidung wirklich zufrieden war.“

Eine weitere unbeliebte und ergonomisch unfreundliche Aufgabe bei Work Sharp war das Zusammenfalten von Kartons und das Verpacken mit Produkten. Der mittelgroße Cobot von Universal Robots, der UR5, übernahm und übernimmt nun den gesamten Prozess. Der Zyklus beginnt damit, dass der Cobot eine Kiste aus einer Kassette nimmt und sie in Form faltet. Es stellt die gefaltete Schachtel auf eine Bereitstellungsplattform, greift vier einzelne Kartons, die auf dem Förderband ankommen, und lädt sie in die Schachtel. Wenn die Box voll ist, schließt der Cobot den Deckel und schiebt die Box durch die Taping-Station.

An jede Vakuumeinheit können zwei Absaugbrenner angeschlossen werden, sodass Aebi Schmidt-Mitarbeiter an 26 Arbeitsplätzen gleichzeitig sicher schweißen können. Jedes Vakuumsystem ist auf den Brenner abgestimmt, sodass Schweißrauch optimal erfasst wird, ohne die Schutzgashülle zu zerstören. Im Gegensatz zu Absaugarmen, die über oder neben dem Schweißbereich platziert werden, ist das Absaugsystem in den Brenner integriert, sodass Schweißer es überallhin mitnehmen können. Das System entfernt Schadstoffe direkt am Entstehungsort über eine Absaugdüse im Brenner. Selbst bei hoher Schweißintensität saugen die VacuFil-Geräte im Dauerbetrieb hohe Rauch- und Staubmengen ab, mit einer maximalen Leistung von 250 Kubikmetern pro Stunde, ohne Qualitätsverlust, selbst wenn zwei Mitarbeiter gleichzeitig schweißen.

Ausgestattet mit speziellen KemTex ePTFE-Filterpatronen mit Oberflächenfiltration filtern die Systeme dauerhaft mehr als 99,9 Prozent der Schweißrauchpartikel heraus. Selbst Partikel, die kleiner als 0,1 Mikrometer sind, haben nach der Absaugung keine Chance, wieder in die Hallenluft zu gelangen.

Ein willkommenes Feature des VacuFil-Systems ist die automatische Filterreinigung. Schweißer müssen ihre Arbeit nicht unterbrechen, um den Filter der Anlage zu reinigen. Stattdessen gelangen die gefährlichen Stoffe bei Sättigung des Filters in einen speziellen Einwegbehälter im Inneren des Systems. Die Behälter können gewechselt werden, ohne dass die Arbeiter den Schadstoffen ausgesetzt werden.

Als Work Sharp die Cobots zum ersten Mal kaufte, überlegte Griffin, wie er das Produktionsteam dafür begeistern könnte, einen Roboter dabei zu haben. Er brauchte außerdem einen engagierten Mitarbeiter an der Produktionslinie, der als Robotertechniker alle Robotervorgänge überwachen konnte. „Also habe ich mir diesen kleinen Wettbewerb ausgedacht“, sagt Griffin. „Ich gab allen die Webadresse der UR Academy, forderte sie auf, sich darüber zu informieren, und lud sie ein, sich um die Stelle zu bewerben und dabei das Wissen der Academy zu nutzen.“

Die UR Academy besteht aus neun interaktiven Online-Modulen, die die grundlegende Programmierung und Einrichtung von UR-Cobots abdecken. Work Sharp veranstaltete mehrere Wettbewerbsrunden, bei denen die Mitarbeiter die Cobots programmieren mussten. Die Gewinnerin war die 26-jährige Brittany Mohrman.

„Es war wirklich aufregend, die Gelegenheit zu bekommen, etwas anderes zu machen, also habe ich mich sofort darauf eingelassen, alles gelernt, was ich konnte, mit dem Ziel, die Konkurrenz zu schlagen“, sagt sie. „Durch die UR-Schulung habe ich Dinge wie das Verständnis verschiedener Programmzyklen, das Anpassen von Wegpunktänderungen und das Wissen, wo sich der Werkzeugschwerpunkt am Roboter befindet, gelehrt. Mein Job ist jetzt definitiv interessanter.“

Die nächste Aufgabe, die Work Sharp automatisieren möchte, ist das Palettieren von Kartons beim Verlassen der Bandversiegelungsstation.

„Viele unserer Produkte und Kartons sind in Größe und Form ähnlich, daher scheint dies eine gute nächste Anwendung zu sein“, sagt Griffin. „Außerdem würde es unseren Mitarbeitern erspart bleiben, ständig nach vorne zu greifen und sich zu bücken. Wenn wir uns die Montagelinie ansehen, die wir bereits erstellt haben, könnten wir sie auch problemlos zwei- oder dreimal in unserem Produktionsbereich reproduzieren und das Gleiche mit anderen Produkten erreichen.“

Um ein Video der Work Sharp-Anwendung anzusehen, klicken Sie hier.

Weitere Informationen zu kollaborativen Robotern finden Sie unter www.universal-robots.com.