Palettierer/Depalettierer – Traywechselsysteme

Um Werkstücke mit einem Roboter oder Handhabungsgerät weiter verarbeiten zu können, ist das geordnete Zu- oder Abführen dieser Werkstücke einer der wichtigsten Prozesse. Ist die Ausrichtung oder die Position des Werkstücks bei der Zuführung ungenau, kann dies zu Störungen im Produktionsablauf führen, da das Teil nicht korrekt gegriffen werden kann oder in einer Vorrichtung verklemmt. Beim Abführen empfindlicher oder komplex geformter Werkstücke können diese nicht einfach in eine Kiste geworfen werden, da man sonst deren Oberfläche beschädigt oder sie wieder mit einem enormen Aufwand ordnen muss, um sie dem nächsten Bearbeitungsprozess lagerichtig zuführen zu können.

Die Werkstücke müssen daher in Behältern gespeichert werden, um sie geordnet zu- oder abzuführen zu können. Diese Behälter werden als Paletten, Trays, Blister, Tassen oder Kleinlastträger (KLT) bezeichnet und lassen sich einfach transportieren, stapeln und wiederverwenden. Sie gibt es in den unterschiedlichsten Größen und vielfältigen Ausführungen und schützen die darin gespeicherten Werkstücke. Interessant für den Nutzer ist es nun, solche Behältnisse, die meist im Stapel bereit stehen, mit einem Gerät oder einer Maschine effektiv und ohne großen Personalaufwand in einen Fertigungsablauf einzubeziehen. Die Traywechselsyteme, auch Palettierer genannt, lösen das Zuführen und Wechseln von Trays im Stapel auf wirtschaftliche und zuverlässige Weise. Der Palettierer/Depalettierer ist ein kompaktes Gerät, mit dem Tray-Stapel zugeführt, jedes Tray aus dem Stapel vereinzelt, mit einem Roboter be- oder entladen und erneut aufgestapelt werden kann. Die genaue Positionierung der Trays und deren schneller Wechsel sowie die große Speicherkapazität erfüllen die Anforderungen an eine solche automatisierte Produktionsanlage.

Palettierer/Depalettierer: Aufbau und Funktion

Bei der Erarbeitung des Konzepts und der Konstruktion des Basisgerätes (AST) wurden folgende Kenngrößen zu Grunde gelegt. Der Größenbereich der Trays sollte zwischen 400 mm x 300 mm bis 800 mm x 600 mm liegen, deren Maße sich aus dem Euro-Palettenmaß von 1200 x 800 mm ableiten. Es sollte aber auch möglich sein, das Gerät so anzupassen, dass Zwischenmaße oder kleinere Trays verarbeitet werden können. Beim maximalen Gewicht des Stapels voller Trays setzte man Grenzen von 50 kg bzw. 100 kg fest. Besonderen Wert wurde auf einen platzsparenden Aufbau und auf modulare Erweiterungsmöglichkeiten wie Puffersegmente und Andockstationen für Transportwagen oder Flurförderfahrzeuge zum vollautomatischen Betrieb gelegt. Dabei sollte die Mechanik des Traywechselgerätes möglichst einfach, robust und preisgünstig sein.

Man besann sich auf eine Konstruktion, die bereits Mitte der achtziger Jahre im Hirata-Mutterhaus in Japan entwickelt wurde, einen genial einfachen Aufbau hatte und sich zu dem als äußerst zuverlässig erwiesen hatte. Die Konstruktion wurde überarbeitetet und heutigen Verhältnissen in Bezug auf Materialauswahl und Design angepasst.

Der Maschinenkörper des Palettierers besteht aus Aluminiumprofilen, so dass die Konstruktion schnell an die verschiedenen Tray-Größen angepasst werden kann. Innerhalb des Maschinenkörpers werden die Tray-Stapel auf zwei horizontalen Ebenen transportiert. Die untere Ebene befindet sich ca. 200 mm über dem Boden. Auf dieser Ebene ist ein Doppelgurtband montiert, auf dem die Stapel mit unbearbeiteten Trays aufgegeben werden. Das Transportband mit Seitenführung bringt den Stapel zu einem Lift. Dieser hebt den gesamten Stapel an und das oberste Tray nach oben auf die zweite Ebene. Durch einen optischen Sensor wird beim Hochfahren des Lifts das oberste Tray erkannt und der Lift gestoppt. Eine Zentriereinheit zentriert und fixiert jetzt das oberste Tray des Stapels. Dabei muss das Tray über eine Außenkontur verfügen, die es erlaubt das Tray horizontal formschlüssig aufzunehmen. Ist das Tray fixiert, fährt der Lift um einen gewissen Betrag wieder nach unten, bis eine pneumatisch arbeitende Schieberplatte unter das jetzt vereinzelte Tray fahren kann. Spätestens in diesem Moment ist das Tray bereit durch einen Roboter oder ein Handhabungsgerät entladen zu werden. Ist das Tray leer, öffnet sich die Zentrierung, das Tray setzt sich auf die Schieberplatte und diese befördert das leere Tray um den Weg der Tray-Länge plus X nach hinten. Sobald sich der Schieber aus dem Liftbereich entfernt hat, beginnt sich der Lift zu heben und die Vereinzelung des nächsten Trays erfolgt. Zur gleichen Zeit, wenn also der Schieber in seiner hinteren Stellung angekommen ist, senkt sich die eine Ladermechanik ab, um das leere Tray wieder auf zu stapeln. Im einfachsten Fall besteht die Ladermechanik aus einer pneumatisch arbeitenden vertikalen Bewegungseinheit, an der sich passiv drehbar gelagerte Laderfinger befinden, die bei der Abwärtsbewegung des Laders über den Rand des Trays gleiten und bei der Aufwärtsbewegung in den Rand des Trays einrasten und so das Tray mit nach oben mitnehmen.

Auf diese Weise erhält man ein sehr schmalbauendes und platzsparendes Gerät, ideal für Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen. In der Basisausführung des Gerätes werden die Stapel voller Trays manuell auf das untere Band aufgeben und der Stapel der leeren Trays oben vom Lader abgenommen. Reicht die Speicherkapazität von zwei Voll- und einem Leerstapel nicht aus, können jetzt weitere Pufferbandsegmente an das Basisgerät angeschlossen werden. Pro Pufferbandsegment kann ein Stapel voller und leerer Trays gepuffert werden.

Palettierer/Depalettierer: Umgekehrte Flussrichtung

Bei einer Befüllung der Trays, wie es z.B. an Spritzgießmaschinen die Regel ist, gibt es das Traywechselgerät auch mit umgekehrter Tray-Flussrichtung. Das heißt, auf den Lader oben werden leere Trays aufgelegt und der Stapel mit den schwereren befüllten Trays auf der unteren Ebene abgenommen. Der Lader ist so modifiziert, dass er das unterste Tray im Stapel vereinzelt auf die Schiebeplatte ablegen kann. Der Schieber bringt das leere Tray nach vorne zum Zentrierer. Der Zentrierer übernimmt es formschlüssig und der Schieber fährt wieder zurück. Sobald der Schieber aus dem Bereich des Lift ist, fährt der Lift nach oben und unterschützt das Tray. Je nach Gewicht der Werkstücke oder Formhaltigkeit des Trays kann der Roboter bereits nach dem Schließen der Zentrierung oder erst nach der Unterstützung durch den Lift mit der Befüllung des Trays beginnen. Während das Tray befüllt wird, vereinzelt der Lader das nächste leere Tray auf die Schieberplatte. Ist das Tray befüllt öffnet sich die Zentrierung, der Lift fährt ein Stück nach unten und das nächste Tray wird vom Schieber nach vorne gebracht. Die Tray-Wechselzeit beträgt ca. 4 bis 5 Sekunden. Auf diese Weise entsteht auf dem Lift wieder ein Stapel mit vollen Trays. Ist der Stapel groß genug, fährt der Lift mit dem Stapel ganz nach unten und setzt ihn auf das Transportband ab. Das Transportband fördert den Stapel nach hinten weg und kann vom Bediener entnommen werden. Diese sogenannte reverse Flussrichtung der Trays hat einen weiteren Vorteil. Hier gehen nur die Toleranzen eines Trays bei der Vereinzelung ein, während im umgekehrten Fall die Toleranzen des Stapels bei der Vereinzelung im Zentrierer zum Tragen kommen.

Palettierer/Depalettierer: Zusätzliche Module

Ist der Stapel befüllter Trays schwerer als 15 bzw. 25 kg dürfen sie nicht mehr manuell entnommen werden. Dies ist nicht ergonomisch bzw. verbietet die Arbeitsstättenverordnung. In einem solchen Fall kann das Basisgerät um eine Andockstation für Transportwagen erweitert werden. In der Andockstation kann ein Transportwagen eingeschoben werden und der Stapel halbautomatisch übergeben werden. Die vollautomatische Übergabe an ein Flurförderfahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung ist ebenfalls möglich. Ist auch der Stapel leerer Trays zu schwer für die manuelle Beschickung oder soll er per Flurförderfahrzeug an den Palettierer geliefert werden, kann mit einem zusätzlichen Liftmodul zwischen Andockstation und Basisgerät der Leerstapel auf das Niveau des Laders gebracht werden. Ein weiterer großer Vorteil dieses Gerätekonzept besteht darin, dass beim Be- bzw. Entladen der Stapel kein Maschinenstillstand eintritt. Durch die sicherheitstechnische Entkopplung zwischen "heißer" Zone im Roboterbereich und dem Be- bzw. Entladebereich kann der Roboter trotz Bedienereingriff weiterarbeiten.

Palettierer/Depalettierer: Weitere Bauformen

Auch die Verknüpfung von zwei Traywechselsystemen ist möglich. Die Verknüpfung erfolgt dabei in zwei Bereichen, zum einen werden beide Palettierer von einem SCARA-Roboter bedient und zum andern werden die leeren Palettenstapel nicht entnommen, sondern durch Quertransport in den anderen Palettierer weitertransportiert. Eine solche Palettierer-Kombination kann z.B. das Kopfstück einer Montagelinie sein. In dem einen Palettierer werden Werkstücke in Paletten zugeführt, durch den Roboter entnommen und auf einen Werkstückträger abgelegt. Die leeren Palettenstapel werden automatisch in den zweiten Palettierer transportiert und dort wiederum durch den Roboter nun mit bearbeiteten Werkstücken beladen. Die mit Fertigteilen beladenen Paletten stehen dann als Stapel wieder beispielsweise zur Abholung durch einen Transportwagen bereit.

Einfachere Bauformen der Tray-Wechselgeräte ohne (ALC) oder mit Handlingeinheit (LCP)eignen sich z.B. besonders für Palettieraufgaben, bei denen die Werkstücke aus einem Tray herausgeholt und nach der Bearbeitung wieder in das gleiche Tray zurück gelegt werden sollen. Beide, sowohl der bearbeitete als auch der unbearbeitete Traystapel befinden sind auf der unteren Ebene. Diese Bauformen sind prädestiniert für den Einsatz an Werkzeug- oder Spritzgussmaschinen und bieten durch ihren flachen Aufbau gute Möglichkeiten für die Integration in eine Applikation mit Knickarm- oder Portalroboter. Auch diese Tray-Wechselgeräte können durch verschiedene Module erweitert werden.

Auch für die Zu- und Abfuhr von Trays bei geringer Autonomie und den semiautomatisierten Bereich gibt es entsprechend einfacherer Bauformen. Dieser Palettierer (TLC) basiert auf zwei übereinanderliegenden Transportbändern, die für die Zu- und Abfuhr der einzelnen Trays sorgen. Bei der Indexierung des Trays wird bewährte und zuverlässige Hirata-Technik eingesetzt. Ein pneumatisch angetriebener Lift transportiert das Tray vom oberen auf das untere Band oder umgekehrt. Beim Transport des Trays wird dieses während des gesamten Prozesses durch die Bänder unterstützt. So können auch nicht stapelbare Trays einwandfrei verarbeitet werden. Bei der Auslegung und Konstruktion des Gerätes wurde auf eine kompakte Baugröße geachtet. Dadurch kann es einfach auf vorhandene Untergestelle einer Montagezelle aufgesetzt werden. Dieses Tray-Wechselsystem ist leicht in vorhandenen oder neuen Anlagen integrierbar und ist daher gleichermaßen für Sondermaschinenbauer und Endanwender eine kostengünstige Lösung.