Dank moderner Robotertechnik ist heute auch die Produktion von so empfindlichen Produkten wie Pralinen wirtschaftlich automatisierbar. Mit Kohlefasermaterial und Parallelkinematik sind die Roboterarme deutlich leichter geworden, was höhere Beschleunigungen und damit schnellere Bewegungen ermöglicht. Mit zehnfacher Erdbeschleunigung und mehr flitzen die Roboterarme los, die Frage ist nur: kann die Praline dabei sicher gehalten werden oder verliert der Roboter sie unterwegs?
Bei glatten runden Pralinen gibt es sichere Greifer, die sogenannten Sauggreifer. Hier kann in Millisekunden ein Vakuum zwischen Produkt und Sauggreifer aufgebaut werden, das ausreicht, um die nötige Haltekraft für die Beschleunigungsphase aufzubringen. Werden die Pralinen unförmig, verziert, bestreuselt oder gar geigelt (Bild 1), wird es schon deutlich schwieriger. Erstellt man mit solchen Pralinen Monotrays, verwendet also nur eine Pralinensorte, so steigen die Anforderungen an die Prozesssicherheit beim Greifen, je höher die Leistung der Gesamtanlage ist. Werden beispielsweise vier Roboter an einem Trayband betrieben, so lassen sich bis zu 400 Pralinen pro Minute verpacken. Da kommt es schon darauf an, wie sicher jeder einzelne Roboter die Pralinen handhabt.
Sichere Handhabung
Entscheidend für die Sicherheit beim Handhabungsprozess ist die Kraft, mit der die Praline mit einem Greifer für die kurze Phase der Beschleunigung, des Transports und des Abbremsens vor dem Einlegen in das Tray am Roboterarm gehalten wird. Diese Kraft, die sogenannte Haltekraft, muss größer sein als die Gewichtskraft, mit der die Praline von der Erdbeschleunigung nach unten gezogen wird. Aber dann würde der Roboter sich noch nicht bewegen können. Sobald der Roboter sich nach oben oder seitlich bewegt, kommen weitere Beschleunigungskräfte hinzu, die auf die Praline wirken.
Das Vakuum-Greifprinzip beruht auf dieser Haltekraft. Sie lässt sich durch Multiplikation des Druckunterschieds zwischen Außen- (meist der Luftdruck) und Innendruck (also das erzeugte Vakuum) mit der Anpressfläche des Saugers errechnen.
Durch Unebenheiten an der Oberfläche der Praline ist die Dichtigkeit beim Ansaugen nicht zu 100 % sichergestellt. Das heißt, in einigen Fällen kann das Vakuum nicht voll aufgebaut werden, was die Haltekraft stark reduziert – die Praline löst sich im schlimmsten Fall vom Sauger oder kommt nicht korrekt positioniert in den Blister. Bei einer Leistung von mindestens 100 Pralinen pro Roboter und Minute könnten hier Prozessunsicherheiten selbst alle 10 000 Pralinen eine nicht akzeptable Größenordnung darstellen, da jede fehlende Praline zu einer unvollständigen Packung führt und die Praline, die verloren geht zudem noch weitere Pralinen auf dem Zuführband in Unordnung bringen kann. Es kommt zu Folgefehlern wie Leergriffe des Roboters und damit zu weiteren Fehlstellen im Tray. Da Pralinenschachteln häufig aus vielen unterschiedlichen Pralinen zusammengestellt werden, ist eine Hintereinanderschaltung der Roboter an einem Traytransportband notwendig. Mit steigender Anzahl von Robotern nimmt natürlich auch die Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Trays zu. Dies wird durch die von Robomotion entwickelte angepasste Greif- und Einsetztechnik verhindert.
Sensibler Fingergreifer
Schlüsselelement dieser Technologie ist ein spezieller Fingergreifer, der die Praline feinfühlig mit zwei Fingern umschließt und nach der Bewegung zum Tray einlegt. Da besonders ge-igelte Pralinen nicht immer exakt in die Kavität des Blisters passen, sondern an den geigelten Stellen auch überstehen können, ist ein Eindrücken in das Tray erforderlich. Auch diesen Vorgang bewerkstelligt der Greifer, indem die Praline von einer im Greifer integrierten Mechanik sanft nach unten gedrückt wird, während die Finger sich öffnen.
In Bild 2 sieht man zwei Zuführbänder im Verbund mit einem Roboter. Diese Anordnung ist ideal für Mischpackungen, bei denen mehrere Sorten in ein Tray eingebracht werden. Je Roboter in der Anlage können zwei Sorten zugeführt werden. Sollen es mehr sein, so wird ein weiterer Roboter hinzugefügt. Damit wird nicht nur die Anzahl der Sorten auf vier, sondern zudem die Leistung der Anlage von 100 auf 200 Pralinen pro Minute erhöht. Werden mehr Leistung oder weitere Sorten gewünscht, so kann dies durch weitere Robotermodule erreicht werden, die sich wie in einem Baukasten aneinander reihen lassen.
Die im unteren Bereich von Bild 3 dargestellte Bandtechnik dient zur Versorgung der einzelnen Module mit Pralinen, diese werden einfach von den in der Produktion erzeugten Platten auf die Zuführbänder abgegeben. Über nachfolgende Bänder werden sie immer weiter auseinandergezogen, sodass sie mit der grün dargestellten Kameratechnik erkannt und dann im nächsten Schritt vom Roboter gegriffen werden können. Je nach Packungsgestaltung können dann an einem Hauptband ein Unterkarton und anschließend ein Tray aufgelegt werden. Schließlich durchläuft das Tray die Produktionsstraße und wird mit den Pralinen befüllt.
Vollautomatisch oder hybrid
Neben den vollautomatischen Lösungen kann der Anwender auch mit hybriden Systemen arbeiten, d. h. es werden noch manuelle Arbeitsplätze entlang der Linie vorgesehen. So können bestimmte Arbeitsgänge wie Trayauf-legen oder Verdeckeln noch manuell ausgeführt werden. Mit gewissen Staustrecken versehen, können diese Mitarbeiter auch noch Nachfüllaufgaben mit übernehmen. Aber auch zusätzliche Sorten können bei entsprechender Liniengestaltung noch mit in das Tray eingebracht werden.
Generell kann die Anlage äußerst flexibel ausgelegt werden, sodass auch kleine Losgrößen wirtschaftlich automatisierbar sind. Neben dem Trayband, das auf eventuelle Größenänderungen des Trays eingestellt werden muss, ist mechanisch nur die Greifertechnik auf ein neues Produkt anzupassen. Mit einem einfachen Fingerwechsel kann auf die neue Praline umgestellt werden (Bild 4). Die Konstrukteure von Robomotion können die Finger individuell auf die Pralinengrößen oder -formen anpassen. Speziell patentierte Geometrien sind beispielsweise auch einfedernde Elemente, die besonders schonend mit den Produkten umgehen (Bild 5).
Neben der Prozesssicherheit ist der reduzierte Energieverbrauch ein großer Vorteil der mechanischen Greiftechnologie. Durch das geschlossene Druckluftsystem geht beim Greifvorgang nahezu keine Druckluft verloren. Die bei der Saugtechnik benötigten Druckluftmengen sind um Größenordnungen höher.
Mit solchen Technologien ist der Anwender auch für zukünftige Produktvarianten der Pralinen, aber auch der Trays gerüstet. Die eingebaute Kameratechnik lässt eine unendliche Produktvielfalt zu. Damit ist ein Umrüsten der Anlage per Knopfdruck auf ein neues Roboterbewegungsprogramm möglich. Robomotion berät dabei in der Auslegungsphase der Anlage, um für den Kunden die beste Lösung zu finden.
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Dr.-Ing. Andreas Wolf
Geschäftsführer,
Robomotion
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