Zuführsysteme

Im Icon sind die Montageschritte zu sehen.© VDI ZRE / Carolin Oelsner

Effiziente Zuführsysteme

An den jeweiligen Montageprozess angepasste Zuführsysteme helfen dabei, den Materialfluss sowie die Produktions- bzw. Montagegeschwindigkeit zu verbessern und menschliche Arbeitskräfte von monotonen oder repetitiven Aufgaben zu entlasten. Neben der Steigerung der Produktivität können so auch Fehler vermieden und Ressourcen geschont werden. Die Auswahl des richtigen Zuführsystems hängt von verschiedenen Faktoren wie der Art der Teile, der Montageanforderungen, der Geschwindigkeit des Produktionsprozesses und anderen spezifischen Bedingungen ab. Aus Sicht der Ressourceneffizienz sollte bei der Wahl der Zuführsysteme außerdem die Energieeffizienz berücksichtigt werden. 

Folgende Zuführsysteme können dabei in der Montage berücksichtigt werden:* ICM (2020): Zuführtechnik - Schwingförderer, Linearförderer, Bunker (abgerufen am 05.09.2023).  

  • Vibrationsförderer: Diese Systeme verwenden Vibrationen, um Teile in eine bestimmte Richtung zu bewegen und auszurichten. Sie sind ideal für kleine bis mittelgroße Teile.
  • Bandförderer: Bandförderer transportieren Teile auf einem beweglichen Band von einer Position zur nächsten. Sie sind in der Lage, verschiedene Teilegrößen und -formen zu handhaben.
  • Schwingförderer: Ähnlich wie Vibrationsförderer verwenden Schwingförderer Schwingungen, um Teile zu bewegen und auszurichten, jedoch in einer kontrollierten und geordneten Art und Weise.
  • Schieber- und Rutschenförderer: Diese Systeme verwenden Schwerkraft oder mechanische Bewegungen, um Teile auf geneigten Oberflächen zu bewegen.
  • Roboterzuführung: Industrieroboter können verwendet werden, um Teile aus einem Behälter oder einer Ablage zu greifen und an die gewünschte Stelle zu befördern.
  • Schrittweiser Zuführer: Diese Systeme bewegen Teile schrittweise mithilfe von Schrittmotoren oder anderen präzisen Antriebsmechanismen.
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Beispiele aus der Forschung und Entwicklung

Fahrerlose Transportsysteme

  • Entwicklung kostengünstiger und vielseitiger Fahrerloser Transportsysteme (FTS).
  • Ziel: Schnell einsatzbereite FTS durch Baukastensystem, einfach zusammenbaubar ohne Fachleute und für KMU geeignet
  • Fokus auf Hardwarekomponenten: Übernahmestation, vielseitiger Ladungsträger, Plug&Play-fähiges Lastaufnahmemittel.
  • Flexlog arbeitet an Softwareentwicklung für autonomes Fahren, Objekterkennung, und unterbrechungsfreies, autonomes Laden. Ziel: Prototyp mit erheblich reduzierten Anschaffungskosten für KMU.

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KI bei der Zuführungstechnik

  • Automatisierte Montagesysteme nutzen aerodynamische Zuführtechnik als flexible Alternative zu herkömmlichen Methoden.
  • Gezielte Druckluftimpulse und künstliche neuronale Netze ermöglichen präzise Bauteilorientierung und -klassifizierung.
  • Künstlich generierte Datensätze aus CAD-Bauteilen und Simulationen erreichen hohe Klassifizierungsgenauigkeiten.
  • Universell einsetzbarer Ansatz mit Potenzial zur Lösung moderner Produktionsherausforderungen im Sinne der Ressourceneffizienz.

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Gute Praxis Beispiele

Elektrostatische Entladungen bei Förderbändern verhindern

Beim Umgang elektronischen Komponenten sind vorbeugende Maßnahmen zur Qualitätssicherung deutlich effektiver als nachträgliche Maßnahmen. Schäden durch elektrostatische Entladungen können vermieden werden, indem diese bereits auf den Förderbändern, die die Bauteile transportieren, langsam abgeleitet werden. Deshalb bietet das Unternehmen item Industrietechnik GmbH aus Solingen ein neues Förderbandsystem an, das mit ESD-sicheren Transportbändern und Zahnriemen ausgestattet ist. Das staufähige Transportband besitzt nach Herstellerangaben eine besonders strapazierfähige Oberfläche mit reduzierter Reibung. In Kombination mit dem bereits erhältlichen staufähigen Zahnriemen desselben Herstellers wird verhindert, dass es zu Schäden durch elektrostatische Entladung kommt. Die Ladung wird durch den Einsatz von Zahnriemenführungsleisten und einem Edelstahlblech unter den Transportbändern sicher zum Motor geleitet, der mit der Erde verbunden ist. Zusätzlich bietet das Unternehmen eine umfangreiche Auswahl an ESD-sicheren Komponenten mit Erdungsanschluss an. Mit dem Engineeringtool dieses Anbieters lassen sich maßgeschneiderte Förderbandsysteme mühelos entwerfen. Anwendende können auf die regelbasierte Software zurückgreifen und erhalten innerhalb kurzer Zeit ein System, das sich an bestehende Gegebenheiten anpasst und in vorhandene Anlagen integrieren lässt.

Literatur:

Maienschein, B. (2023): ESD-sicheres Förderband nimmt elektrostatischen Ladungen ihren Schrecken [online]. MMLogistik -Das Portal für Industrie und Handel – [abgerufen am 14.10.2023], verfügbar unter: www.mm-logistik.vogel.de/esd-sicheres-foerderband-nimmt-elektrostatischen-ladungen-ihren-schrecken-a-ceaa06747ff61620c3aa98836aedb7b7/

Effiziente Antriebstechnik

Eine Herausforderung für Herstellende von Reifenmontagelinien ist die Nachfrage nach individuellen Felgen und Reifen in unterschiedlichen Größen. Um sicherzustellen, dass alle acht Sekunden ein vollständig montiertes Rad aus der Anlage hervorgehen kann, müssen sämtliche Umschaltvorgänge innerhalb dieses Zeitintervalls abgeschlossen sein, unabhängig davon, welches Rad als Nächstes bearbeitet wird. Da diese Umschaltprozesse nicht nur das Bewegen von Werkzeugen und Befestigungsvorrichtungen, sondern auch die Handhabung großer Gewichte beinhalten – beispielsweise wiegen 24-Zoll-Leichtmetallfelgen bis zu 30 kg pro Einheit –, hat das Unternehmen sich für moderne Antriebstechnologien entschieden.

Mit den neuen Antrieben gehen mehrere Effizienzsteigerungen einher. Neben der Hohen Taktung wird auch im Schaltschrank etwa 30 Prozent des Platzes eingespart sowie die anfallende Bremsenergie effizienter genutzt. Dank einer zentralen Einspeisung der Bremsenergie kann bis zu 22 Prozent der Antriebsenergie eingespart werden.

Literatur:

Heck, S. (2019): Schnelle Antriebstechnik hält Reifenmontagelinie im 8-Sekunden-Takt [online]. Konstruktionspraxis [abgerufen am 15.12.2023], verfügbar unter: www.konstruktionspraxis.vogel.de/schnelle-antriebstechnik-haelt-reifenmontagelinie-im-8-sekunden-takt-a-803372/

Modulare Fördersysteme bilden intelligente Flächen

Typische Fördertechnik beinhalte das Bewegen von Objekten entlang gerader Strecken. Um komplexere Aufgaben wie Drehen, Vereinzeln und Sortieren zu bewältigen, ist es notwendig, die Fördertechnik um zusätzliche mechanische Elemente bis hin zu Industrierobotern zu erweitern. Durch diese Vorgehensweise entstehen hochspezialisierte Anlagen, die in der Lage sind, diese spezifischen Aufgaben effizient zu erledigen, ohne dabei Flexibilität einzubüßen.

Neben den technologischen Anforderungen ist es entscheidend, dass sich neue Automatisierungs- und Materialflusssysteme rasch amortisieren, da unvorhergesehene Veränderungen im Auftragsvolumen oder im Produktionsplan möglicherweise Anpassungen an Funktionalität oder Layout erfordern können. Die Flexibilität von Fördersystemen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da nur solche Systeme rasch auf neue Anforderungen und Schwankungen in den Auftragsmengen reagieren können.

Helfen können hierbei hexagonale Roboterzellen, die mehrere Objekte gleichzeitig und unabhängig voneinander in alle Richtungen bewegen können. Zusammen mit dem modularen Aufbau, der hohen Anpassungsfähigkeit an neue Aufgaben und dem geringen Platzbedarf, erfüllen sie essenzielle Anforderungen an zukünftige Materialflusssysteme.

Eine modulares Förder- und Positioniersystem hat das Bermer Unternehmen Cellumation entwickelt. Das System besteht aus kleinen, sechseckigen Modulen, die speziell angeordnete omnidirektionale Räder beinhalten. Diese Räder können einzeln und gezielt gesteuert werden, wodurch die Möglichkeit entsteht, mehrere Objekte gleichzeitig und unabhängig voneinander auf unterschiedlichen Bahnen zu bewegen oder zu positionieren. Auf diese Weise können selbst anspruchsvolle Aufgaben im Materialfluss, die normalerweise große Anlagen erfordern, auf kleinerem Raum durchgeführt werden.

Literatur:

cellumation GmbH (o.D.): Der celluveyor: Modulare Fördersysteme für einen flexiblen Materialfluss [online]. [Abgerufen am 15.12.2023], verfügbar unter: cellumation.com/de/produkte/celluveyor/

Reibungsarmes Transportband

Ein deutsches Unternehmen hat ein innovatives Transportband entwickelt, das durch eine besondere Beschichtung der Bandunterseite und des Gleittischs eine Energieeinsparung von bis zu 50 Prozent an der gesamten Anlage ermöglicht. Die spezielle Beschichtung des Laufseitengewebes erzeugt eine Gleitschicht, die vergleichbar mit dem dauerhaften Einsatz eines trockenen Schmiermittels ist. Durch den reduzierten Reibungskoeffizienten auf der Laufseite wird die erforderliche Antriebsleistung für eine feste Förderlänge erheblich verringert.

Literatur:

Goly, S. (2023): Energieeinsparpotential für Amp-Miser-Transportbänder vom TÜV Rheinland zertifiziert. MMLogistik – Das Portal für Industrie und Handwerk – [abgerufen am 15.12.2023], verfügbar unter: www.mm-logistik.vogel.de/energieeinsparpotential-fuer-amp-miser-transportbaender-vom-tuev-rheinland-zertifiziert-a-23d075815e4cbf5c9e6c4b1967306376/

Effiziente Lineartaktsysteme

Lineartaktsysteme sind bei vielen Montagearten von zentraler Bedeutung, da diese Systeme Produkte zwischen den verschiedenen Stationen transportieren. Allerdings bilden sie häufig einen Engpass im Prozess und verhindern eine höhere Maschinenauslastung. Die tech4automation GmbH aus Geseke hat ein Präzisionsgetriebe entwickelt, womit Lineartaktsysteme besonders schnell getaktet werden können und somit der gesamte Prozess effizienter gestaltet werden kann.

Die Lösung liegt im Einsatz von Präzisionsgetrieben des Herstellers Melior Motion in Kombination mit Servomotoren. Durch den Einsatz der Getriebe werden die Lineartaktanlagen exakt ausrichtbar und schnell. Ein Servomotor, der in Kombination mit den Getrieben arbeitet, kann deutlich mehr Drehmoment in das Taktungssystem einbringen als ein konventioneller Drehtisch mit gleicher Größe. Zudem entstehen aufgrund der direkten Übertragung der Kraft keine zusätzlichen Verzögerungszeiten durch Steuerungsprozesse, wodurch die Bewegungszeit nicht unnötig verlängert wird. Dies ermöglicht eine Taktung von unter 0,2 Sekunden, was den Wirkungsgrad und die Energieeffizienz des Systems erheblich steigert.

Die Präzisionsgetriebe sind nicht nur langlebig und widerstandsfähig, sondern auch energieeffizient. Sie verursachen nur minimale Verschleißteile und Schmierstoffe, was den Wartungsaufwand und die Ausfallzeiten der Linien reduziert.

Literatur:

Etmanski, B. (2022): Innovation durch Präzision: Effizientere Prozesse in Montagelinien. VDI Fachmedien GmbH & Co. KG [abgerufen am 15.12.2023], verfügbar unter: www.ingenieur.de/fachmedien/vdi-z/automatisierung-vdi-z/innovation-durch-praezision-effizientere-prozesse-in-montagelinien/