Automatisiertes Kupplungssystem spart 65 Stunden Stillstand pro Jahr in Roboter-Schweißlinien

Es gibt keinen besseren Weg, ein Problem zu lösen, als es vollständig zu beseitigen. Genau so sah KTH Parts Industries Inc. (St. Paris, OH) seine Entscheidung, einen manuellen Gerätewechselprozess für seine Roboter-Schweißzellen zu automatisieren.

KTH wählte GA2 Utility Coupler von ATI Industrial Automation (Apex, NC), um dies zu erreichen. Die neue automatische Kopplung von Druckluft- und Stromversorgung an die Zellen eliminierte rund 65 Stunden Stillstand pro Jahr und Linie, senkte die Gesamtbetriebskosten und steigerte die Anlagenauslastung und Produktivität.

KTH Parts Industries, ein globaler Tier-1-Automobilzulieferer für Unterboden-Strukturteile, beschäftigt mehr als 1100 Ingenieure und Fertigungsmitarbeiter in allen Phasen der Automobilteilefertigung: Produktentwicklung, -analyse, -umformbarkeit, Prototyping, Stanzproduktion, Umformen, Roboter-Schweißen, Montage und Teileversand.

Flexible Schweißlinien mit Drehrundtisch

Eine Kernkompetenz von KTH ist das Design und die Implementierung flexibler Schweißlinien für Automobil-Unterbodenkomponenten. Die Linien nutzen komplexe Vorrichtungen (Jigs), um Bauteile während des Roboterschweißens in Position zu halten. Jedes Automodell erfordert einen anderen Jig, was zu vielen Gerätewechseln im Werk führt.

Um Flexibilität zu erhöhen und begrenzten Hallenplatz optimal zu nutzen, schuf KTH eine beidseitige Arbeitszelle mit einem Drehrundtisch. Ziel: Roboter aktiv halten und Rüstzeit reduzieren. Teile werden auf einer Seite des Rundtisches in den Jig geladen, während der Roboter auf der anderen Seite schweißt.

Vor der Installation der ATI GA2 Utility Coupler verließ sich KTH auf manuelle Arbeit zum Verbinden und Trennen von Kabeln und zum Laden der Jigs auf die Rundtische. Multipliziert man dies mit ein bis zwei Wechseln pro Linie und Schicht, erhält man eine enorme Menge an Mensch-Maschine-Interaktion.

Dave Reed, Projektleiter in KTHs Schweißabteilung, zum alten Prozess: „Vor den ATI Utility Couplern hatten wir eine Druckluftleitung und einen Verteiler, die wir mit Spannbändern verbinden mussten. Auf der elektrischen Seite mussten wir die 40-poligen Stecker manuell verdrehen. Dieser Vorgang wiederholte sich bei jedem Jig-Wechsel vielfach.“

Laut KTH waren die körperlichen Belastungen des alten Prozesses sehr hoch, und jedes Betreten der Arbeitszelle durch einen Mitarbeiter birgt ein inhärentes Risiko. Unter diesen Bedingungen war die hohe Ausfallrate der Kabel keine Überraschung. Das Kuppeln und Entkuppeln mit inkonsistenter Kraft und Drehmoment verursachte übermäßigen Verschleiß. Fehlausrichtung der Stecker führte zu beschädigten Pins. Ohne dedizierten Stauraum für nicht genutzte Kabel lagen diese auf dem Boden oder auf anderen Geräten in der Zelle.

„Wir hatten durchtrennte und undichte Druckluftleitungen, beschädigte Stecker“, sagte Reed. „Wartung wurde gerufen, um das Problem zu beurteilen, aber oft war es nur ein verbogener Pin an einem Stecker, der uns Stunden Stillstand kostete – rund 65 Stunden pro Jahr und Linie.“

Auswirkungen auf den Equipment-Support

Zusätzlich zu übermäßiger menschlicher Interaktion und Geräteausfällen war der alte Prozess ein Albtraum für die Equipment-Support-Gruppe. Deren Sektionsleiter Jonah Strapp bemerkte: „Nach Wechseln musste man in der Zelle herumfummeln, um sie wieder zum Laufen zu bringen. Stillstand bedeutet Geldverlust. Wenn das passiert, ist der Druck groß, die Linien wieder ans Laufen zu bringen.“

KTH war hochmotiviert, den Jig-Wechsel zu verbessern, um einen reibungsloseren Betriebsablauf zu ermöglichen, die Sicherheit der Mitarbeiter zu erhöhen und Geräteausfälle zu reduzieren. Matt Myers, Staff Engineer in KTHs Engineering-Projektgruppe, erklärte: „Während unseres normalen Betriebstages versuchen wir, so viel Produktion wie möglich aus der Linie herauszuholen. Jeder Wechsel kostet Produktionszeit, was sich als großer finanzieller Negativposten niederschlägt. Alles, was die Stillstandszeit reduziert, ist wahnsinnig kritisch.“

Lösung: ATI Utility Coupler

Genau hier bot die Einführung von ATIs Utility Couplern eine effiziente, zeitsparende Lösung. ATIs Utility Coupler eignen sich hervorragend für KTHs Schweißlinien-Wechsel. Sie liefern Strom, Signal und Pneumatik. ATIs Utility Coupler verfügen über eingebaute Dreh-Compliance für wiederholgenaue Kupplung in einem langlebigen Paket. Da das Design modular ist, arbeiten die Utility Coupler mit ATIs umfangreicher Familie von Werkzeugwechsler-Utility-Modulen zusammen.

Zusammen bedienen die Utility Coupler und Module eine Reihe von Netzwerkprotokollen, erklärte KTHs Myers. „Bei neuen Produktdesigns kann ich mich auf das ATI Engineering Team verlassen, um schnell ein elektrisches oder pneumatisches Produkt zu entwerfen, das unseren Bedürfnissen entspricht, oder eines der Tausenden Produkte auf ihrer Website zu referenzieren.“ Für dieses System bei KTH konfigurierte ATI einen Utility Coupler und ein 32-poliges diskretes I/O-Elektrikmodul, das sich leicht in bestehende Linien integrieren ließ.

„Als wir den Utility Coupler erstmals testeten, war sofort klar, dass er einen großen Unterschied machen würde. Die neuen Kuppler sind sehr zuverlässig und hands-free. Wir müssen nicht daran herumfummeln. Sie funktionieren jedes Mal“, sagte Strapp.

Auf die Frage, wie KTH ATI als Lieferanten wählte, antwortete Myers: „Basierend auf unserer bisherigen Kundenbeziehung, den kurzen Lieferzeiten und unserem lokalen Account Manager war es eine einfache Entscheidung für ATI.“ KTH nutzt seit langem ATIs Roboter-Werkzeugwechsler-Produkte, sodass der Übergang zur automatischen Kupplung mit ATIs Utility Couplern gut funktionierte.

Dave Reed bestätigte die Leistung des ATI GA2 Utility Couplers: „Ich habe wahrscheinlich hunderte dieser Jigs im letzten Jahr gewechselt und nie ein Problem mit dem ATI-System gehabt. Man setzt den Jig auf, drückt den Knopf, er presst ein, klemmt fest, alle Pins sind verbunden, null Toleranz für verbogene Pins oder gebrochene Luftleitungen. Es ist im Grunde ein fehlerfreies Produkt. Es macht das Leben viel einfacher.“