Greifersystem spart Zeit und Geld in Konstruktion und Fertigung

Schnelligkeit und Flexibilität sind die wesentlichen Anforderungen an industrielle Verpackungsprozesse. Der Vakuumspezialist J. Schmalz hat ein Baukastensystem für den modularen Aufbau von Vakuum-Endeffektoren (VEE) entwickelt. Beim Bau eines Greifers für Verpackungsmaschinen kann mit diesem System als Alternative zur konventionellen Konstruktion und Fertigung Zeit und Geld gespart werden, wie ein Technologievergleich zeigt.

Nach dem Prinzip „Konfigurieren statt konstruieren“ bietet Schmalz ein modulares System aus verschiedenen Einzelteilen an, die mit Hilfe einer intuitiv bedienbaren Konfigurationssoftware zu einem individuellen Greifer zusammengefügt werden können (www.schmalz.com/vee). Im Mittelpunkt steht dabei der Gedanke, dass Greifer sofort konfiguriert und auch modifiziert werden können, anstatt sie aufwendig konstruieren und individuell fertigen zu müssen. Schmalz unterstützt bei der Ermittlung der bestmöglichen Greiferkonfiguration, auf Wunsch werden die Greifer anschließend auch als montierte Einheit ausgeliefert. Die Vakuum-Experten von Schmalz übernehmen darüber hinaus die Auslegung des gesamten Vakuum-Systems mit Vakuum-Erzeugung, Systemüberwachung, Filtern, Ventiltechnik und Schläuchen.

Konfigurieren oder konstruieren

Ein Technologievergleich hat belegt, welche Zeit- und Kostenvorteile mit dem VEE-System erzielt werden können. Der konventionell konstruierte Vakuumgreifer stellt nach Erkenntnissen des Unternehmens ein Nadelöhr bei der Entwicklung, Montage und Inbetriebnahme von kundenspezifischen Verpackungsmaschinen dar. Die Gründe liegen im komplexen und aufwendigen Prozess vom Entwurf bis zur Inbetriebnahme. Der Maschinenbauer oder Systemintegrator erstellt das Angebot an den späteren Maschinennutzer auf Basis eines Lastenhefts beziehungsweise einer Prozessbeschreibung. In vielen Fällen liegen zu diesem Zeitpunkt noch keine Produktmuster vor, oder die Produktmuster sind exemplarisch und entsprechen noch nicht dem finalen Stand. Nach der Auftragserteilung wird das Maschinenkonzept detailliert entworfen, und die Konstruktion der Maschine angestoßen. Die Konstruktion des Vakuum-Greifers erfolgt in der Regel erst nach vollständiger Detaillierung des Maschinenkonzepts.

Die Konstruktion und Fertigung des Greifers durch den Maschinenbauer erzeugt nach Berechnungen von Schmalz einen Konstruktionsaufwand und eine Fertigungsdauer inklusive Wartezeiten von ein bis vier Wochen, abhängig auch von der Fertigungstiefe des Maschinenbauers. Werden Greiferkomponenten vorrangig zugekauft, kann sich die Wartezeit auf das neue Produkt weiter verlängern. Bei komplexen Werkstücken wie wenig befüllten, flexiblen Beuteln muss der Vakuumgreifer noch optimiert werden, um ein prozesssicheres Ergebnis zu erreichen.

Häufige Produktwechsel im Konsumgüterbereich

Ausgangspunkt der Überlegungen bei Schmalz war, dass je nach Produktlebenszyklus beziehungsweise Produktwechsel (Größe, Form, Gewicht, Haptik) auf der Maschine immer wieder andere Greifer integriert werden müssen. Insbesondere im Konsumgüterbereich ergeben sich diese Produktwechsel häufig. Daher werden neue Greifer für eine Maschine entsprechend oft benötigt. Der Extremfall in der Praxis sind Beutelverpackungen befüllt mit Schüttgut und Flüssigkeiten, beispielsweise Nachfüllbeutel für Flüssigseife. Hier werden oft innerhalb eines Arbeitstages verschiedene Beutelformate verpackt, weil auf einer Maschine häufig verschiedene Produktlinien gefahren werden. In einzelnen Fällen werden Maschinen derart flexibel aufgebaut, dass bis zu zehn Varianten eines Beutels verarbeitet werden und deswegen zehn verschiedene Formatsätze notwendig sind.

Der Produktlebenszyklus von in Beuteln verpackten Produkten ist deutlich kürzer als bei Produkten in Flaschen oder Kartons, weil die Umstellung der Verpackungseinheit und Größe der Flaschen und Kartons deutlich aufwendiger ist. Im Durchschnitt ändert sich eine Beutelverpackung alle ein bis zwei Jahre in Form, Farbe, Verpackungsmaterial, Größe oder Füllgrad. Das bedeutet, dass auch alle ein bis zwei Jahre neue Greifer aufgebaut werden müssen. Diesen Anforderungen kommt das VEE-System entgegen.

So funktioniert‘s

Die passende Software
Schmalz bietet eine Software an, mit der der Anwender aus unterschiedlichen Flanschen, Verbindungselementen und Sauggreifern seinen Endeffektor mit nur wenigen Klicks zusammenstellen kann. Die Software kann unter www.schmalz.com/vee kostenlos genutzt werden. Der Anwender muss sich einloggen, die Werkstückdaten eingeben, Saugeranzahl, -größe und die gewünschte Greifervariante auswählen. Anschließend definiert er nur noch die Saugerposition und die Anbindungskomponenten wie Roboterflanschplatten und Flanschmodul zur Vakuum-Einleitung. Alle Komponenten sind aufeinander abgestimmt. Über die Live-Vorschau in 3D-Ansicht können Änderungen Schritt für Schritt verfolgt werden. Das 3D-Modell des Greifers lässt sich einfach in bestehende CAD-Konstruktionsprogramme einbinden. Zusätzlich erhält der Anwender unmittelbar nach Fertigstellung der Konfiguration eine detaillierte Teile-Stückliste sowie die technischen Daten (zum Beispiel Masse) des Greifers.
Der VEE ermöglicht Konfigurationen von einem bis zu maximal zwölf Sauggreifern. Die Sauger wählt der Anwender je nach Anforderung aus dem Angebot von Schmalz aus: zur Handhabung empfindlicher Folien- oder Blisterverpackungen, stabiler Kartonagen, geringfügig labiler Produktverpackungen oder gefüllter Beutel und Flow-Wrap-Verpackungen.

Zeitaufwand: eine statt 13 Stunden

Unabhängig von der Art des Produkts greift der VEE Traglasten bis 2000 Gramm und erfüllt mit Prozessbeschleunigungen bis zehn Gramm (100 Meter pro Quadratsekunde) die Geschwindigkeitsanforderungen typischer Pick-and-Place-Prozesse. Ein zusätzlicher Vorteil: Der serienmäßige Schnellwechseladapter beschränkt die Wechselzeiten des VEE auf ein Minimum. Damit eignet er sich vor allem für den Konsumgüterbereich mit seinen variantenreichen Produkten in immer kleineren Chargen.

Ein weiterer Vorteil ist die schlauchlose Vakuumverteilung im System, die nicht nur mögliche Leckagestellen reduziert, sondern auch einen höheren Wirkungsgrad und eine schnelle Reaktionszeit gewährleistet. Nach der Analyse von Schmalz beträgt der Netto-Zeitbedarf des konventionellen Greifers von der Definition über Konstruktion und Fertigung bis zur Montage durchschnittlich rund 13 Stunden. Werden die Greifer spanend hergestellt und können daher nicht angepasst werden, muss weitere Fertigungskapazität eingeplant, es muss gerüstet und vollständig neu gefertigt werden. Je nach Anteil der Eigenfertigung beim Maschinenbauer können Verzögerungen von einigen Stunden bis zu Tagen hinzukommen, sodass am Ende eine Konstruktions- und Fertigungsdauer zwischen ein und vier Wochen resultiert. Durch die Verwendung des VEE-Systems reduziert sich der Aufwand zur Greiferdefinition und Montage dagegen auf gerade einmal eine Stunde.

Greiferkosten im Produktlebenszyklus einer Verpackungsmaschine vom ersten Handhabungstest mit Produktmustern bis zum Formatwechsel.

Einsparen von Greiferkosten

Auch die Kosten des Greifer-Baus werden durch Einsatz des VEE-Systems gegenüber dem konventionell konstruierten Greifer auf einen Bruchteil reduziert.
Summiert man die Ausgaben vom ersten Handhabungstest bis zur Maschineninbetriebnahme und bezieht in die Betrachtung einen Formatwechsel sowie eine Änderung des Füllgrads des Produkts ein, ergeben sich für den VEE Gesamtkosten von 720 Euro, für den konventionell konstruierten Greifer Kosten in Höhe von 3700 Euro.

Saubere Oberflächen

Alle Elemente des Systems sind aus FDA- und BfR-konformem Polyphenylsulfon (PPSU) gefertigt. Ihre Oberflächen sind leicht zu reinigen und beständig gegenüber alkalischen Reinigungslösungen. Damit eignen sie sich nicht nur für die Verpackungsindustrie allgemein, sondern insbesondere für den Einsatz in der lebensmittelverarbeitenden Industrie. jl

Autor: Walter Dunkmann, Schmalz