Convenience Food gehört u. a. zu den Produkten, auf die man sich in Bischofszell nahe St. Gallen spezialisiert hat. Hier werden im Schichtbetrieb Fertiggerichte produziert, die es geschmacklich mit der gehobenen Küche aufnehmen können. Diese Qualität und die schnelle, unkomplizierte Zubereitung sorgen für eine permanent steigende Nachfrage. Steffen Knoll, Projektleiter Technik bei der Bischofszell Nahrungsmittel AG und engagierter Automatisierungsexperte, ist aber nicht nur aus Kapazitätsgründen ein großer Befürworter der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK): „Mit ihrer Hilfe können wir auch die Stärken unserer Mitarbeiter hinsichtlich Flexibilität und Intelligenz gezielt unterstützen und dabei Gesundheitsrisiken und Verletzungsgefahren durch belastende Tätigkeiten reduzieren.“
Was Knoll damit meint, erklärt sich beim Blick auf die konkrete Applikation: Die verpackten Convenience-Gerichte müssen direkt im Anschluss an die Produktion in mehreren Lagen auf Bleche, die sich in Wagen befinden, gestapelt werden, auf denen sie dann die Pasteurisation bzw. Sterilisation durchlaufen.
Arbeitssicherheit maximieren
Während die Verteilung der Fertiggerichte auf den Blechen und die Platzierung von Abstandshaltern zwischen den einzelnen Lagen die angenehmeren Tätigkeiten darstellen, zählen die Handhabung und das Einlegen der großen Blechtafeln in die Wagen zu den ungeliebten Arbeitsschritten. Die Handhabung der Bleche ist aufgrund ihrer Dimensionen von 900 x 900 mm und ihres Gewichtes von ca. 5 kg im Schichtbetrieb über acht Stunden hinweg ein anstrengender und monotoner Job. Zudem ist er mit einer Quetschgefahr für die Finger verbunden. „Unsere Mitarbeiter sind geübt in diesen Tätigkeiten, dennoch sind Verletzungsgefahren nicht auszuschließen. Was lag da näher, als den kompletten Handhabungsprozess zwischen Mensch und Maschine aufzuteilen, und zwar in direkter Zusammenarbeit ohne Schutzzaun an einer kompakten Station. Die angenehmen Tätigkeiten für die Mitarbeiter, die kräftezehrenden Arbeitsschritte mit Verletzungsgefahr für den Roboter – dank MRK sollte sich hier eine wirtschaftliche Lösung finden lassen“, so Knoll.
Doch die Realisierung gestaltete sich schwieriger als gedacht. Der Grund: Die angefragten Systemintegratoren äußerten nach eingehender Analyse der Applikation Bedenken hinsichtlich Risikobewertung, Schnittstellendefinitionen, sensorischer Absicherung der Bereiche und der Auswahl eines geeigneten Roboters. Diese Aspekte verunsicherten die Anlagenbauer und ließen sie Abstand nehmen von dem Projekt.
Umsetzung in Eigenregie
Das heißt: Das MRK-Konzept musste weitestgehend in Eigenregie erstellt werden. Die Voraussetzungen dafür waren gegeben, da im Unternehmen bereits zahlreiche Roboter in unterschiedlichen Applikationen im Einsatz sind. Allerdings betrat man mit der MRK-Applikation Neuland.
Bei der Suche nach einem geeigneten Roboterhersteller kam Knoll ein Messeauftritt von Stäubli in den Sinn: „Dort sah ich die neue TX2-Baureihe. Die Sechsachser seien die schnellsten Safe-Robots der Welt und mit ihren modularen PLe-/SIL3-Safetyfunktionen sehr einfach für MRK-Anwendungen zu qualifizieren, verkündete Stäubli 2016 auf der Messe. Schnelle, einfach zu programmierende Roboter für die direkte Mensch-Maschine-Interaktion mit entsprechend hoher Traglast – das war die Lösung für unsere Aufgabenstellung.“
Gemeinsam mit den Experten von Stäubli war der passende Roboter im Handumdrehen gefunden: ein TX2-90L mit CS9-Controller. Dieser kollaborative Sechsachser verfügt im Gegensatz zu klassischen Cobots über die nötige Traglast für die Applikation. Was noch fehlte, war ein passender Universalgreifer, um sowohl Alubleche als auch Abstandshalter handhaben zu können. Um keine Zeit zu verlieren, konstruierten und bauten die Schweizer den Greifer ebenso wie die komplette Anlage in Eigenregie.
Arbeitsablauf in der Roboterzelle
Die Applikation besteht insgesamt aus den vier Hauptkomponenten Roboter, Magazin für die Alubleche, Abstandshalter-Zuführband und Liftstapler-Wagen.
Und so sieht der Arbeitsablauf in der Zelle aus: Während ein Mitarbeiter ein Alublech mit Fertiggerichten bestückt und darauf die Abstandshalter für die nächste Lage platziert, holt der Stäubli-Sechsachser in Safe Limited Speed vier Abstandshalter vom Zuführband und legt sie auf dem obersten Alublech im Magazin ab. Danach greift er das Blech samt den Abstandshaltern, fährt in Richtung Liftstapler-Wagen und wartet an definierter Position, bis sein menschlicher Kollege die Bestückung einer Lage mit Fertiggerichten beendet hat. Hat der Mitarbeiter seinen Job erledigt, quittiert er dies mit einem Knopfdruck, verlässt den Arbeitsbereich und der Roboter legt jetzt in hoher Geschwindigkeit das neue Blech für die nächste Lage im Wagen ab. Ein neuer Zyklus kann beginnen. Sobald der Mitarbeiter wieder den definierten Bereich der Anlage betritt, geht der Roboter automatisch in Safe Limited Speed.
Die komplette Anlage inklusive Risikobeurteilung, sensorischer Absicherung, Programmierung etc. wurde ohne Zutun externer Spezialisten in nur vier Monaten realisiert. Intensivschulungen versetzten die Migros-Mannschaft in kürzester Zeit in die Lage, Risikobewertungen in Eigenregie zu erstellen und sich das Know-how für die Programmierung einer komplexen MRK-Aufgabenstellung anzueignen. Besonders aussagekräftig: Ein automationsbegeisterter Migros-Auszubildender im vierten Lehrjahr war nach Absolvierung einer viertägigen VAL3-Programmierschulung bei Stäubli und einer zweitägigen Safety-Schulung in der Lage, die komplette MRK-Applikation innerhalb weniger Wochen zu programmieren.
Steffen Knoll ist zu Recht stolz auf die Leistung seines Teams bei der Konzeption der Anlage. Was den MRK-Verfechter dabei besonders freut, ist die konsequente Einhaltung höchster Sicherheitsstandards: „MRK ist die Zukunft, aber nur dann, wenn die Sicherheit garantiert ist. Aus meiner Sicht sind die kollaborativen Stäubli-Roboter die sichersten Maschinen am Markt, die so hohe Lasten bewegen können.“ Mit Blick auf das Pilotprojekt resümiert er: „Natürlich werden noch einige Detailverbesserungen in unser Projekt einfließen müssen, um dauerhaft in die Produktion integriert werden zu können. Aber unser Ziel, mit einer Testanlage die vielen Vorteile aufzuzeigen, konnten wir in vollem Umfang erreichen.“
Stäubli Tec-Systems GmbH, Bayreuth
Autor: Ralf Högel
Freier Autor
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