Fanuc CR-35iA: Seite an Seite sicher arbeiten

Direkt an der Maschine darf der CR-35iA nicht nur mit voller Kraft, sondern auch mit Speed fahren. (Foto: Benteler / Fanuc)

Thomas Eder
Geschäftsführer von Fanuc Austria

„Mit der Verlagerung einiger Sicherheitsfunktionen in den Roboter, können Kunden erhebliche Einsparungen in der Grundfläche der Anlage realisieren, mehr Flexibilität beim System-Layout erlangen, reduzierte Hardware-Kosten und eine höhere Zuverlässigkeit erreichen.“

Sie sind momentan die Stars der Szene: kollaborative Roboter. Keine Messe ohne sie. Kein Vortragsforum kommt ohne MRK-Thema aus. Und wie weit ist die Praxis?

Als erster Automobilzulieferer in Europa setzt Benteler Automotive im Werk Schwandorf den Fanuc Roboter CR-35iA in der Produktion ein. (Foto: Benteler / Fanuc)

Kollaborativ wie produktiv

Als erster Automobilzulieferer in Europa setzt Benteler Automotive im Werk Schwandorf den Fanuc Roboter CR-35iA in der Produktion ein. Um gleichermaßen kollaborativ wie automatisch produktiv zu sein, darf der Roboter zwei Geschwindigkeiten fahren.

Für Ruf und Leistung von Benteler in Schwandorf sorgen rund 590 Beschäftigte und knapp 600 Roboter. Die Roboter sind überwiegend mit Schweißaufgaben und Handling beschäftigt – hinter Schutzgittern. Bei einem (bislang) einzigen Roboter kann und darf auf einen Schutzzaun verzichtet werden, eben dem Roboter des Typs CR-35iA.

Produziert werden in Schwandorf beispielsweise Träger für Sicherheitsbügel von Cabrios. „End of the Line“ wird die Funktion dieser Baugruppe dann getestet. Da das Trägersystem des Sicherheitsbügels mechanisch arbeitet, lässt sich die Funktion an jedem Bauteil mehrfach prüfen. Die gesamte Baugruppe wiegt um die 14 kg – über die ganze Schicht ein Kraftakt im manuellen Betrieb. Das Einlegen in die Prüfstation und das Ablegen in einem Transportgestell war die Aufgabe, die Tobias Wolfsteiner, Roboterexperte und Projektkoordinator, zusammen mit der Fertigungsleitung als „Testfeld“ für den grünen Fanuc Roboter ausgesucht hatte. Zukünftig werden bei Benteler Tätigkeiten, wie der Transport von Teilen im Werk, wo immer es sinnvoll ist von automatischen Systemen übernommen, um Arbeitsplätze ergonomisch, leise und körperlich schonend zu gestalten.

Jedoch muss an einer noch so innovativen Station auch wirtschaftlich gearbeitet werden. Fertigungsleiter Werner Gaisa: „So technologiegetrieben wir auch sind, darf man eines nicht vergessen: Wir müssen Bauteile produzieren.“ Für die Prüfmaschine im kollaborativen Modus gilt ein Tempolimit von 250 mm/s. Im automatischen Modus erreicht er seine Maximalgeschwindigkeit von 750 mm/s.

Solange die Scanner im Umfeld des Roboters keine Person detektieren, darf der CR-35iA mit „Vollgas“, in diesem Fall: 750 mm/s, in der automatisierten Bewegung fahren, um das fertige Teil in einem Gestell abzulegen. Hat der Roboter das Bauteil aus der Maschine entnommen, hält er es im Zugriffsbereich des Bedieners so lange, bis der die beiden Prüflabel der Qualitätskontrolle rechts und links am Bauteil angebracht hat.

Derzeit sehen die Verantwortlichen 35 kg erst einmal als Obergrenze für die kollaborative Robotik. Mit knapp 32 kg ist der grüne CR-35iA gut ausgelastet. Eine andere Wahl gab es nicht, denn viele Bauteile liegen über sieben oder zehn Kilogramm Eigenmasse, da spielten „Laborroboter“ bei der Auswahl keine Rolle. Der auf dem serienmäßigen (gelben) M-20iA basierende Fanuc Roboter bringt zudem mit 1.813 mm auch eine vernünftige Reichweite für industrielle Anwendungen mit.

Inzwischen haben sich auch schon Kunden aus der Automobilindustrie über den CR-35iA vor Ort erkundigt und Informationen über den Robotereinsatz eingeholt. Recherchen von x-technik Automation haben ergeben, dass ein kollaborativer Roboter dieses Typs auch in Österreich schon seine ersten Produktionsschichten bei einem namhaften Hersteller absolviert hat – auch das ist ein Beispiel für einen innovativen und technologie-orientierten Mittelstand.

Noch ein Mosaikstein: Der Salzburger Werkzeugmaschinenhersteller Emco zeigte auf der vergangenen AMB in Stuttgart eine automatisierte Fertigungslösung zur Komplettbearbeitung von Teilen mit Dreh- und Fräsbearbeitung. Mit dabei war ein kollaborativer Roboter CR-35iA von Fanuc. Im vollautomatischen Betrieb nimmt der Roboter Fahrt auf und erreicht 750 mm/s. Betritt ein Mensch den Sicherheitsbereich, geht der Roboter automatisch in den kollaborierenden Modus über.

Noch ist es eine Modelldarstellung: Wer in einer Versandstation täglich schwere Kisten schleppen muss, wird sich über die Unterstützung eines starken Roboters freuen.

Software statt Schutzzaun

Gelten derzeit kollaborative Roboter oftmals als das ultimative Hilfsmittel in der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine, lässt Fanuc mit seiner Sicherheitstechnik seine Kunden auch dann nicht im Stich, wenn einer der grünen Roboter in der Praxis nicht in Frage kommt. Beispielsweise beim Formenbauer Stadler, in Fischlham. Bei Stadler hat Innovation Tradition, insofern ist der Einsatz eines M-2000iA mit 1.350 kg Traglast nicht überraschend, kollaborative Arbeitsmodelle dagegen schon. Was aber tun, wenn die Kraft des Roboters und das Knowhow eines Bedieners gleichzeitig an der gleichen Stelle gebraucht werden? Denn es gilt ja auch, das „Dilemma“ zwischen Sicherheit und Produktivität zu lösen. Naheliegend, dass dieser Roboter hoch wie ein Haus, auch bei den Investitionen durchaus nennenswerte Anstrengungen verlangt. Und wie holt ein Roboter diese Investition wieder herein? Indem er möglichst schnell arbeitet. Das darf er aber nicht in der Nähe eines Menschen, jedenfalls nach der Sicherheitsrichtlinie für kollaborative Roboter.

Die Aufgabenstellung macht das deutlich: Bei Stadler Formenbau sind drei Bearbeitungszentren und der Fanuc Roboter zu einer einzigartigen Fertigungsinsel verknüpft. Im Vorfeld der Installation simulierten die Experten von Systemintegrator Nexus Automation den Ablauf in der Zelle, die Systemgrenzen und die Bewegungsspielräume. Exklusiver Wunsch von Stadler war es, den automatischen Betrieb und damit die Beladung zweier Bearbeitungszentren zu gewährleisten, während an einer Maschine manuell gearbeitet wird. Immer im Wechsel, versteht sich. Ein Schutzzaun war damit ausgeschlossen.

In Kombination mit der DCS-Software arbeitet der M-2000iA als kooperierender Roboter.

DCS steht für Dual Check Safety

Die Aufgabe konnte mit Hilfe der Software DCS perfekt gelöst werden. DCS steht für Dual Check Safety. Die Software kann auf zweierlei Weise eingesetzt werden. Entweder der Roboter nutzt seinen kompletten Arbeitsraum und reduziert bei Annäherung eines Menschen seine Geschwindigkeit, wenn es sein muss bis auf Null. Oder es werden nahezu beliebig definierbare Hüllkurven („shape models“) um den Roboter gelegt, die den Raum abdecken, den ein Mensch betreten darf. Diese Zonen sind dann softwaremäßig für den Roboter gesperrt, solange sich darin jemand aufhält. Zwei unabhängig voneinander arbeitende CPU kontrollieren sich gegenseitig, aber auch den Arbeitsraum. Die Nothalt- und Schutzzaun-Schaltungen der Fanuc Roboter mit Dual Check Safety erfüllen die Sicherheits-Norm ISO-13849-1 und sind für die höchste Sicherheitsstufe zertifiziert (Kategorie 4, Performance Level e). Mit dieser Ausstattung erreicht Fanuc zudem das höchste technisch erreichbare Sicherheitsniveau. Damit sind derart ausgestattete Roboter auch in der Lage, an manuellen Zuführstationen oder manuell beschickten Pressen zu arbeiten. Die „DCS Position Speed Check“-Softwareoption erreicht die Sicherheitskategorie 3, Performance Level d nach der Norm ISO 13849-1.

Thomas Eder, Geschäftsführer von Fanuc Austria, sieht weitere Vorteile: „Mit der Verlagerung einiger Sicherheitsfunktionen in den Roboter, können Kunden erhebliche Einsparungen in der Grundfläche der Anlage realisieren, mehr Flexibilität beim System-Layout erlangen, reduzierte Hardware-Kosten und eine höhere Zuverlässigkeit erreichen.“ Darüber hinaus können „sichere Zonen“ von einem externen Gerät, z. B. von einer Sicherheits-SPS, aktiviert und deaktiviert werden. Die Entwicklung eines Systems mit mehreren Zonen erlaubt es dem Bediener, den Arbeitsbereich des Roboters sicher zu betreten und zu verlassen. „Das vereinfacht die Gestaltung von Roboter-Zellen, denn es verhindert das Hineinfahren des Roboters in eine manuelle Beladestation wenn sich dort ein Bediener aufhält“, ergänzt Eder. Übrigens arbeitet ein M-2000iA, dort in einer 1.200 kg Version, im Kaltwalzwerk der voestalpine Precision Strip GmbH in Kematen ebenfalls mit dem DCS-System.

Effizientes, flexibles Sicherheitssystem je nach Bedarf

Dabei gibt es den sicheren Roboter via DCS-System schon seit 15 Jahren. Aus heutiger Sicht hat man schon bessere Marketingkampagnen für neue Produkte gesehen. Nun scheint es so, als würde die Technologie in Europa gerade neu erfunden. Plus für den Anwender: Bei Fanuc kann er genau das richtige, hinsichtlich Technik und Aufwand effizienteste Sicherheitssystem für seinen Roboter auswählen.

Das hat beispielsweise Perceptron, Anbieter automatisierter industrieller Messtechnik-Lösungen auch so gesehen und DCS in die mobile Messzelle „AutoScan-RoboGauge“ integrierrt, ja, diese Zelle überhaupt erst möglich gemacht. Bei dieser Zelle mit einem FANUC M-10iA-Roboter handelt es sich um eine vom Hersteller so genannte „Nearline-Messzelle“, die dem temporären Einsatz an einer Fertigungslinie dient. Im Gegensatz zur Inline-Messtechnik ist die dauerhafte räumliche Zuordnung zu einem bestimmten Prozessabschnitt aufgehoben: Ohne aufwändige Vorbereitung kann an einer bestimmten Stelle im Produktionsablauf flexibel eine konkrete Messaufgabe erledigt werden, wenn beispielsweise Prozessdaten vorübergehend intensiver aufgenommen werden sollen. Dazu ist der Roboter auf einem Tisch montiert. Mit dem Kamerasystem am Handgelenk des Roboters wird gemessen. Um die Arbeit vor Ort nicht unnötig zu behindern, arbeitet die mobile Messzelle ohne Schutzzaun. Die Zelle muss nicht einmal am Boden verschraubt werden.

Das DCS-Modul von Fanuc bildet die Grundlage für das flexible Sicherheitskonzept. Die Dual-Check-Sicherheitsfunktionalität bietet viele Möglichkeiten und viel Flexibilität für ein solches automatisiertes System in der Fertigung, bei dem ein direkter Bedienereingriff lediglich zum Einlegen und Entnehmen von Bauteilen erforderlich ist. Ist kein Bediener in der Nähe, arbeitet das System mit maximaler Geschwindigkeit. Tritt der Bediener in den definierten Nahbereich, verlangsamt der Roboter zunächst seine Geschwindigkeit. Detektieren die Umgebungsscanner eine weitere Annäherung, bleibt der Roboter ganz stehen.