Robotik-Zelle für die Holzbearbeitung von der Zimmer Group
Der Griff in die Trickkiste
Durch eine geschickte Kombination aus innovativem Shuttlesystem, Industrierobotern, End-of-Arm-Tools und Lasermesstechnik hat Zimmer eine Bearbeitungszelle für Küchenmöbel entwiwickelt, die eine kosteneffiziente Losgröße-1-Fertigung ermöglicht.
 Die Bearbeitungsroboter tragen jeweils einen Multifunktionskopf mit 41 Werkzeugen, um alle notwendigen Holzbearbeitungen ohne Werkzeugwechsel durchführen zu können.
Die Bearbeitungsroboter tragen jeweils einen Multifunktionskopf mit 41 Werkzeugen, um alle notwendigen Holzbearbeitungen ohne Werkzeugwechsel durchführen zu können.Bild: Zimmer GmbH

Verbraucher wünschen sich personalisierte Produkte, die auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Und so sollen auch Küchenausstattungen möglichst individuell gestaltet sein. Genau diesem Trend begegnet der französische Küchenbauer Schmidt, der sein bereits bestehendes Losgröße-1-Konzept durch eine Roboterbearbeitungszelle zur Bohrbearbeitung und zum Beschlagsetzen von Küchenmöbelteilen ergänzt hat. Die Zelle ist Teil einer Fertigungslinie, mit der komplette Küchenausstattungen in Losgröße 1 gefertigt werden.

Der Standort der Roboterbearbeitungszelle befindet sich im elsässischen Sélestat. In Sélestat sind derzeit zwei Produktionsstätten des international tätigen Küchenmöbelherstellers Schmidt ansässig. Der Name Schmidt steht seit 1934 (Gründung im saarländischen Türkismühle) und mit über 1500 Mitarbeitern für eine moderne Produktionstechnologie und hohe Qualität. Deutsche Perfektion und französisches Design schaffen erschwingliche Möbel für höchste Ansprüche.

Hersteller der Roboterbearbeitungszelle ist die Zimmer Group aus dem badischen Rheinau. Das Unternehmen hat sich, auf dem Weg in Richtung Industrie 4.0, vom klassischen Komponenten- zum Systemanbieter entwickelt und so gleich eine ganze Roboterzelle hergestellt.

 Die Shuttles des Transportsystem können individuell angesteuert werden. Für die präzise 
Bearbeitung werden die Bauteile nach dem Einspannen per Laser vermessen.
Die Shuttles des Transportsystem können individuell angesteuert werden. Für die präzise Bearbeitung werden die Bauteile nach dem Einspannen per Laser vermessen. Bild: Zimmer GmbH

Fünf Roboter und ein Transportsystem

Das Herz der Anlage sind fünf ausgewachsene ABB-Roboter in einer Reihe, die durch ein flexibel agierendes Transportsystem verbunden sind, in dem die Werkstücke je nach Größe mit bis zu vier frei programmierbaren Shuttles gespannt und bewegt werden. Dieses umlaufende Shuttle-System wurde 2019 mit einem German Innovation Award ausgezeichnet.

In enger Taktung mit Werkstückabständen von unter zwei Sekunden werden Möbelteile durch die Roboter mit Bohrungen, Nuten und Beschlägen versehen. Und das im fliegenden Wechsel in Losgröße 1. Auf eine zwei Meter hohen Seitenwand eines Hochschranks kann so unmittelbar im Anschluss der Einlegeboden eines Regals mit nur 15 x 20 Zentimetern folgen – ohne Rüstzeit.

 Die schweren ABB-Roboter bieten eine hohe Steifigkeit und ermöglichen so im entsprechenden Bearbeitungsradius eine ungewohnt hohe Präzision.
Die schweren ABB-Roboter bieten eine hohe Steifigkeit und ermöglichen so im entsprechenden Bearbeitungsradius eine ungewohnt hohe Präzision. Bild: Zimmer GmbH

Möbelteile mit einer Genauigkeit von zwei Zehntel Millimeter

„Als wir unsere Pläne für eine solche Zelle erstmals diskutiert haben, hieß es schnell: Lasst es bleiben, mit Robotern lässt sich das nicht in ausreichender Präzision erledigen“, erinnert sich Geschäftsführer Achim Gauß, bei der Zimmer Group verantwortlich für die Bereiche Technik und Vertrieb. „Und das war zunächst auch so. Wir mussten sehr viel in Hardware und Software investieren“, so Gauß weiter. Das Besondere an dieser Roboterlösung, für die sich die Zimmer Group u.a. aus dem eigenen Fundus an EOAT (End-of-Arm)-Tools bedient, ist die Bohrbearbeitung, die durch ABB-Industrieroboter erfolgt und die Möbelteile mit einer Genauigkeit von zwei Zehntel Millimetern in Stückzahl 1 am Roboter bearbeiten kann. Hierzu kam ein selbstentwickelter Kompensationsalgorithmus basierend auf einer Laser-Trackermessung der Roboter im Bearbeitungsbereich zum Einsatz. Die Hürde der Genauigkeit war einer der Knackpunkte im gesamten Prozess: Die einzelnen Möbelteile werden durch einen Beschickungsroboter in die Shuttles gespannt und anschließend in Abmessungen und Lage vermessen. In einer Aufspannung werden die Teile dann an den verschiedenen Bearbeitungsstationen entlanggeführt und abschließend durch den Entladeroboter aus den Shuttles entnommen. So stellte man sicher, dass keine Genauigkeitsverluste durch das Umspannen entstehen.

 Das Shuttle-System kann kleine Einlegeböden genauso händeln wie zwei Meter hohe Seitenplatten eines Küchenschranks.
Das Shuttle-System kann kleine Einlegeböden genauso händeln wie zwei Meter hohe Seitenplatten eines Küchenschranks. Bild: Zimmer GmbH

Hohe Verfügbarkeit und Flexibilität gewünscht

„Unser Kunde Schmidt wollte eine Anlage, die nach Möglichkeit eine 100 %-Verfügbarkeit hat, sprich deren Wartung nicht zum kompletten Maschinenstillstand führen muss. Das geht nur mit einem modularen System. Hinzu kam der Wunsch nach Flexibilität, Genauigkeit, Erweiterbarkeit sowie eine Stückzahl-1-Fertigung ohne vordefinierte Bearbeitungsprogramme“, erklärt Gauß. Die Verfügbarkeit lösten die Experten der Zimmer Group durch eine leichte Zugänglichkeit aller Teile. So muss z.B. bei einem Bohrkopfwechsel bei herkömmlichen Maschinen erst umständlich die Verkleidung abgebaut werden. Auch können einzelne Shuttles entnommen oder getauscht werden, ohne dass die Anlage komplett stillsteht. Im Extremfall ist auch der Tausch eines kompletten Bearbeitungsroboters möglich.

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