Effizientes Palettieren mit Robotern und Cobots

Mit 1200 mm x 800 mm zählt die Europalette genauso wie die Düsseldorfer Palette (auch Halbpalette genannt) zwar eher zu den kleinen ihrer Art, muss sich in puncto Traglast unter allen anderen Paletten aber keineswegs verstecken. Wer so viel auf sich nimmt, kann einen Helfer gut gebrauchen. Noch dazu, wenn es sich um wiederholende, immer gleich ablaufende Prozesse handelt. Das Palettieren mit einem Roboter ist ein solcher Prozess. Viele Industriezweige nutzen schon heute Cobots. Sie sind vielseitig einsetzbar und entlasten das Personal. Wir zeigen Ihnen, wie Sie sich als Palettierroboter effizient und auf Ihre Ansprüche zugeschnitten einsetzen lassen und wie die Automatisierung z. B. beim Stapeln gelingt. Bei geschätzt 650 Mio. Europaletten, die weltweit im Umlauf sind, haben wir da noch einiges zu tun.

Kartons effizient Palettieren: alles andere als trivial

Paletten sind wegen ihrer Beschaffenheit der perfekte Partner für den Roboter: Sie haben die immer gleichen Maße, dieselbe Tragkraft und den gleichen Aufbau. Dem Prozess spielt das sprichwörtlich in den Greifer: Es gilt Objekte, Bauteile, Werkstücke, Werkzeuge, Kartons und vieles andere mehr auf den Punkt zu positionieren. Ob nun zur Lagerung oder für den Versand: Ob nebeneinander oder mehrlagig: Wenn einer die Palette auf den cm genau und lagerichtig mit allen Objekten bestücken kann, dann ein Palettierroboter. Nur, wenn der seinen Job präzise und zügig erledigt, können Gabelstapler und Co. die Palette störungsfrei dem nächsten Prozessschritt zuführen und sie z. B. verladen. Besonders wichtig: Von der ersten bis zur letzten Palette die gleiche gute Qualität. 

Die Herausforderung in diesem Produktionsschritt

Eine Palette ist ein technisch simples Hilfsmittel. Natürlich kann man Objekte wie z. B. Kartons auch manuell darauf stapeln. Für Unternehmen stellen sich aber folgende Fragen:  

• Wie monoton ist das manuelle Beladen von Paletten für den Anwender?
• Wie ergonomisch und damit gesund ist das bei verschiedenen Traglasten? 
• Wie reagiert man auf (krankheitsbedingte) Ausfälle und den Arbeitskräftemangel?
• Wie reagiert man kurzfristig auf eine steigende Nachfrage?

Palettieren mit Robotern

Gestaltet man die Palettierung automatisch mit einem Roboter, entlastet das die Anwender und geht deutlich effizienter. Technisch gilt es, folgende Fragen zu klären:  

• Welche Form haben die Objekte, die der Roboter palettieren soll?
• Sind die zu palettierenden Objekte immer gleich oder wechseln sie?
• Welcher Greifer eignet sich zum Handling eines Objektes? Können die Objekte z.B. von Oben gegriffen / angesaugt werden, da Sie bündig aneinander stehen müssen oder kann man sie mit einem Greifer umschließen, da sie ggf. mit Abstand zueinander stehen?
• Wie lassen sich die Objekte sinnhaft und effizient auf einer Palette anordnen? Stichwort: Kostensenkung, Palettiermuster
• Wie werden die Objekte dem Roboter zugeführt? Durch eine Rollenbahn? Immer an derselben Position und Lage? Wie wird die Präsenz eines neuen Objekts erkannt?
• Wie werden die beladenen Paletten an den Folgeprozess übergeben? Durch den Palettierroboter? Durch einen Stapler? Durch ein AGV?
• Wie sind die Objekte im Detail zu bewegen? Stichwort: Reichweite, Gewicht, Arbeitsraum und Taktzeit
• Ist eine Zwischenlage (z.B. trennende Schicht aus Karton) einzulegen? Kann diese mit demselben Greifer gegriffen werden?

Mit dem Baukastensystem XITO und dem Planungs- und Konfigurationstool XITO Designer lassen sich diese Fragen für Ihre Automatisierungslösung beantworten. Roboter und Cobots können platzsparend integriert werden und übernehmen unmittelbar folgende Aufgaben:

• Palettieren und Depalettieren von Objekten, Bauteilen und anderen Produkten
• (mehrlagiges) (Ent-)Stapeln von Kartons auf definierte Paletten-Koordinaten.
• Platzierung gleicher Objekten oder solchen mit geringer Varianz
• Palettierung von sortenreinen Objekten
• Welcher Ordnung/ welchem Muster folgen die palettierten Objekte?
• Entlastung des Personals durch Übernahme aller, v. a. unergonomischer Bewegungen.

Effizient palettierte Teile: Nicht nur für die Belegschaft ein Plus 

Es liegt auf der Hand, dass durch die Automatisierung der Palettierung bzw. Depalettierung Mehrwerte für die AnwenderInnen und das Unternehmen entstehen. 

• Schneller produzieren: Roboter palettieren präzise und effizient.
• Flexibler fertigen: Palettierroboter sind 24/7 verfügbar und steigern die Produktivität.‍
• Leicht skalierbar: Roboter lassen sich von Mitarbeitenden intuitiv programmieren, der Wechsel zwischen verschiedene Palettierungsanforderungen ist einfach.‍
• Förderung der Gesundheit: durch Wegfall repetitiver Bewegungen werden Anwender zu Cobot-Bedienern und können sich zudem wertschöpfenden Aufgaben widmen.‍
• Reduzierte Kosten: Der Einsatz von Cobots reduziert Fehler und Aufwände, was kostentechnisch unmittelbar spürbar wird.

Folgende Checkliste erleichtert Verantwortlichen die Entscheidung für die Automatisierung der Palettierung: 

1. Aufwand/Nutzen: Wie viele Stunden benötigt der Anwender für das manuelle Palettieren?
2. Wie groß ist der Durchsatz an Bauteilen? 
3. Ist dieser Durchsatz auch auf lange Sicht durch diesen Anwender realisierbar?
4. Wie gestaltet sich die Personalsituation aktuell und wie sind die Prognosen für die Zukunft?
5. Schafft die Automatisierung Personalressourcen, z. B. durch eine Weiterbeschäftigung älterer Mitarbeitende? 
6. Erhöht sich die Qualität im Palettier-Prozess durch einen Roboter?(perfekte und Platzierung, saubere Übergabe an Folgeprozesse?)

Mehr braucht es nicht zur Automatisierung: Basics zur Roboterzelle

Der Name spricht für sich: Eine Roboterzelle (häufig auch Roboterzellstation oder Robotikzelle genannt) ist eine Arbeitsstation, die für den Einsatz von Robotern bzw. Cobots konzipiert wurde. Von Zellen spricht man meist dann, wenn der Roboter von einem Schutzzaun (Umhausung) umgeben ist. Das ist nicht immer notwendig. Der technische Aufbau gestaltet sich aber weitgehend immer ähnlich: 

• Controller: Mit dieser Steuereinheit werden Bewegungen und Aktionen des vorgegeben. Teil des Controllers ist auch die Software zur Steuerung und Überwachung aller Bewegungsabläufe des Roboters.‍
• Bediengerät: Mit einem Industriepanel oder einem Tablet kann der Mitarbeitende die Bewegungen und Aktionen des Roboters festlegen. Die hier nötigen Einstellungen lassen sich alternativ auch über ein Laptop realisieren.‍
• Roboter mit XITO: Mechanisch besteht der Roboter aus Gelenken, Achsen und Verbindungen, die es ihm ermöglichen, sich in einem definierten Arbeitsbereich präzise zu bewegen. Unter Einsatz der Plattform XITO werden diese Bewegungen programmiert.‍
• Greifer: In Anlehnung an die menschliche Hand übernimmt der Greifer das Greifen und Palettieren. Sein technischer Aufbau orientiert sich am Objekt und der Aufgabenstellung.‍
• Statusleuchte: Über dieses optische Signalelement wird der Betriebsstatus kommuniziert.  ‍
• Bediener/ Anwender: Für ihn wird der Roboter zum „verlängerten Arm“.  Anforderungen entsprechend einstellen.‍
• Arbeitsbereich: Fest definierter Aktionsradius, in dem der Roboter die konfigurierten Aufgaben wie Palettieren oder Depalettieren realisiert. Zudem kann der Roboter eine Lagebeurteilung von Objekten vornehmen, wenn er diese von einem vorgelagerten Prozess übernimmt.‍
• Sicherheitstechnik: Sensorik zur Überwachung des Roboters (z.B. Laser- oder Radargestützt) oder ein physischer Schutzzaun (Umhausung)

Pflichtlektüre: alles zur Sicherheit

Analog zu allen Maschinen und Anlagen muss auch bei einem Cobot vor der Inbetriebnahme eine Risikoanalyse gemacht werden, um Gefahren zu identifizieren. Ihre Lösung mit XITO beinhaltet eine solche Risikoanalyse im Rahmen der CE-Kennzeichnung.- Eine Sache weniger, um die Sie sich nicht kümmern müssen.

Cobots sind technisch so konzipiert, dass sie sicher mit Menschen in einem gemeinsamen Arbeitsumgebung interagieren. Über hochwertige Sensorik werden Kollisionen erkannt und alle Roboter-Bewegung entsprechend angepasst oder angehalten. Verletzungen sind durch die Reduktion der Geschwindigkeit bzw. einen Stopp ausgeschlossen. Für eine sichere Palettierung unterstützt Sieder XITO Designer in der Konfiguration Ihrer Palettier-Lösung wie folgt:  

• Welches Gewicht hat die zu tragende Last?
• Mit welcher Geschwindigkeit soll plattiert werden?
• Welche Form und Größe haben die Produkte?
• Und aus welchem Material bestehen die Objekte?
• Haben die Produkte ungewöhnliche Formen oder scharfe Kanten?

Je nach Anwendung kann eine Absicherung beispielsweise durch zusätzliche Sicherheitstechnik (Gitter, Schutzglas, Lichtvorhänge, Radar oder Bereichsscanner) notwendig sein.

Den können Sie für alles einspannen: Greifer

Die Palettierung oder die Depalettierung palettierter Objekte erfolgt durch die Nutzung unterschiedlicher Arten von Greifern:

• Vakuumgreifer: Greifer mit Vakuumpumpe. Der Greifer saugt das zu bewegende Objekt an. Um das Objekt freizugeben, wird wieder Luft in die Kammer des Greifers gelassen. ‍
• Flächengreifer und Lagengreifer: Greifertyp speziell für das Palettieren von großen oder mehreren Objekten gleichzeitig. Sie sind variabel einsetzbar und können auch Objekte mit unebenen Flächen bewegen.‍
• Vakuumgreifer mit Mechanik: Dieser Typ kombiniert Vakuum mit Mechanik. Er wird genutzt, um Objekte zu bewegen, die nicht mit herkömmlichem Vakuum transportierbar sind (schwere Pakete, offene Boxen oder regalfertige Produkte)

Spritzgussteile kartonieren: Diese Freiheiten nimmt sich BJB

Das mittelständische Familienunternehmen BJB entwickelt und fertigt Lichtkomponenten für Beleuchtungslösungen und Haushaltsgeräte. Das Unternehmen gestaltete unter Einsatz von XITO seine Produktion smart und wettbewerbsfähig und konnte so seine Betriebskosten senken. Dazu hat BJB ein variables Fertigungskonzept entworfen, das flexibel auf Auslastungsschwankungen reagiert und damit die Resilienz des Unternehmens steigert. Unter Einsatz von XITO verpackt BJB jetzt seine Spritzgussteile automatisiert. Die Teile kommen regelmäßig und definiert vom Band. Für die Mitarbeiter war diese Arbeit monoton. BJB hatte den Anspruch, in jedem Fall in den Verpackungsprozess eingreifen zu können. Nichts, was eine Standard-Roboter-Zelle möglich macht. Wie BJB mit Hilfe von XITO seinen Wunschprozess umgesetzt hat.