Sauber und zuverlässig depalettiert

Thomas Beiser

Monotone und ermüdende Arbeiten muß man heute weitgehend automatisieren. Solche Tätigkeiten gibt es in großer Zahl beim Verpacken, Palettieren und Depalettieren von Lebensmitteln. Allerdings stehen oft die hohen Anforderungen an Sauberkeit und Hygiene beim Handhaben von Lebensmitteln der Automatisierung entgegen. Grundsätzlich dürfen keine Schmierfette und -öle von Maschinen mit den Lebensmitteln in Kontakt kommen. Ebenso ist eine Verunreinigung der Lebensmittel durch Abrieb oder Verschleiß an Maschinenteilen auszuschließen.

In der Lebensmittelindustrie automatisiert man Palettier-, Depalettier- und Kommissioniervorgänge vorteilhaft mit Portalrobotern aus Aluminium-Trägerprofilen. Ihre Bewegungen werden von Elektromotoren über abriebfreie, verschleißarme Zahnriemen angetrieben, zum Einsatz kommen vollständig digitale Antriebe. Vorteil ist, daß diese wartungsarm und zuverlässig auch im mehrschichtigen Betrieb über Jahre arbeiten. Die Sauberkeit als entscheidendes Kriterium für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie gewährleisten die verwendeten mechanischen Komponenten. Die Trägerprofile aus Aluminium oxidieren auch in einer feuchten und aggressiven Umgebung nicht. Weil abriebfeste, im Inneren der Trägerprofile angeordnete Kunststoffrollen die Bewegungen führen und die Kräfte übertragen, entstehen auch hier keine verunreinigenden Stäube. Da die Kunststoffrollen, die Zahnriemen und die Antriebe der Zahnriemen keinerlei Schmierung benötigen, ist systembedingt eine Kontamination von Lebensmitteln mit Mineralölen ausgeschlossen.

Die Portalroboter eines Offenburger Unternehmens sind aus standardisierten Komponenten eines umfangreichen Baukastensystems aufgebaut. Deshalb können sie rasch und kostengünstig auf unterschiedliche Traglasten und besondere Forderungen der Anwender ausgelegt werden. So gibt es beispielsweise für niedrige Räume für die vertikalen Hubbewegungen eine Teleskopachse. Mit ihr kann man große vertikale Fahrwege bei kleinen Bauhöhen realisieren. Die horizontalen Fahrwege können durch Konfektionieren der Aluminiumträgerprofile im Bereich von 1,5 bis 10 m exakt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Durch unterschiedliche Profilquerschnitte haben die Portalroboter bis zu 50 kg bzw. bis zu 100 kg Tragfähigkeit am Greifer. In Abhängigkeit vom gewünschten Bedien- und Programmierkomfort sowie der Vernetzung mit anderen Rechnern lassen sich die Portalroboter mit speicherprogrammierbaren Steuerungen, selbst entwickelten Industrierechnern oder auch industrietauglichen Personal-Computern (IPC) ausstatten. Bei allen ist eine Anbindung an übergeordnete Rechner, beispielsweise Produktions-Planungssysteme, über unterschiedliche Schnittstellen möglich.

Zum handelsgerechten Verpacken von Butter aus unterschiedlichen Herkunftsregionen müssen die zur Molkerei angelieferten Großpakete, sie haben ein Gewicht von 25 kg, von Paletten abgestapelt und in der Lage orientiert auf einem Stauförderer zum Dekartonieren abgestellt werden.

Bei der Molkerei Südwestbutter GmbH in Karlsruhe sorgt der in Abbildung 1 gezeigte Portalroboter für den automatisierten Materialfluß. Zum Depalettieren stellt der Bediener mit einem Gabestapler zwei Euro-Paletten mit Butterpaketen auf Zentrierstationen im Arbeitsraum des Portalroboters ab. Nach dem Schließen der Zugangstüren (der Arbeitsraum ist aus Sicherheitsgründen während des Betriebs unzugänglich) beginnt der Portalroboter, die Buttergebinde von den Paletten abzuheben. Dabei folgt er einem zuvor programmmierten Palettiermuster. Der in Abbildung 2 dargestellte Greifer ist speziell für das Heben der Butterkartons ausgelegt. Damit er auch deformierte (ausgebauchte) Kartons sicher greift, sind die Vakuumsauger unter Federvorspannung um 50 mm beweglich aufgehängt. Optische Sensoren ermitteln vor dem Greifen eines Kartons dessen exakte Lage. Dazu fährt der Portalroboter auf die programmierte Position. Er prüft mit den optischen Sensoren, ob der Greifer zentrisch über einem Karton steht. Soweit erforderlich, fährt er mehrmals horizontal in beide Richtungen, um eine exakte Position zum sicheren Greifen des Kartons zu erreichen. Dazu wertet die Steuerung des Portalroboters die Signale der optischen Sensoren aus.

Anschließend transportiert der Portalroboter den Karton auf eine im Arbeitsraum integrierte Schwenk-Kippstation. Hier prüfen optische Sensoren an den Abmessungen des Kartons bzw. zusätzlich an der Farbe der aufgedruckten Etiketten dessen Lage. Der nachfolgenden Entkartoniermaschine muß der Karton immer so zugeführt werden, daß das Klebeband an Deckel und Boden des Faltkartons in Längsrichtung aufgeschnitten werden kann. Dazu muß der Karton gegebenenfalls um eine vertikale Achse um 90° gedreht werden. Anschließend wird er um eine horizontale Achse um 90° auf ein Förderband gekippt. Dieses bringt den Karton zur nachfolgenden Anlage zum automatischen Entkartonieren, Portionieren und erneuten Verpacken der Butter. Ein kompletter Vorgang vom Aufnehmen des Kartons bis zum Weitertransport auf dem Förderband dauert nur 10s.

Nachdem der Portalroboter eine Lage Kartons von der Palette abgehoben hat, kann er mit Hilfe des universellen Greifers eine eventuell vorhandene Zwischenlage (Karton, Folie oder Holz) abheben und auf einer zusätzlichen Palette im Arbeitsraum ablegen. Ist eine Palette komplett entladen, bringt der Portalroboter die leere Palette auf einen Palettenstapel. Dazu verfügt der Greifer über pneumatisch angetriebene Schwenkarme, die um die Palette herumgreifen und sie so sicher halten.

Hohe Flexibiltität in Bezug auf unterschiedliche Paletten, Palettiermuster und Kartonabmessungen erreicht der Portalroboter vor allem durch eine integrierte Steuerung. Diese speichert bis zu 20 unterschiedliche Palettiermuster und Depalettierabläufe. Beim erstmaligen Einrichten des Portalroboters fährt der Bediener den Portalroboter im Teach-In-Betrieb manuell auf die jeweiligen Positionen zum Greifen der Kartons. Durch einfachen Tastendruck übernimmt die Steuerung die Positionen und speichert sie für das Ablaufprogramm. Die Signalauswertung der optischen Sensoren, die den gesamten Arbeitsablauf überwachen, ist im Ablaufprogramm integriert. Kann der Portalroboter im Automatikbetrieb nach mehrmaligem Nachsetzen den aufzunehmenden Karton nicht erkennen, unterbricht die Steuerung den Ablauf und zeigt eine Störungsmeldung im Klartext. Damit ist das Bedienpersonal in der Lage, die Fehler rasch zu finden und zu beheben. Über eine serielle Schnittstelle tauscht die Anlage u. a. mit den nachfolgenden Entkartoniermaschinen Daten aus, um die Arbeitsabläufe zu koordinieren.

An ein übergeordnetes Produktions-Planungssystem kann die Steuerung beispielsweise die Anzahl der stündlich entstapelten Kartons und die Anzahl der entladenen Paletten melden. Eine optionale Ausstattung mit einem Personal-Computer ermöglicht das Einbinden der Anlage in ein unternehmensweites Rechner-Netzwerk (z. B. Ethernet). Damit sind diese leistungsfähigen, vollständig automatisierten Anlagen zum Depalettieren, Transportieren und Kommissionieren von Lebensmittelgebinden in eine rechnergesteuerte Produktion integrierbar.

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