Montage

Pumpenmontage automatisiert

Die steigende Nachfrage nach Dialysemaschinen und Ersatzteilen veranlasst Hersteller dazu, ihre Fertigungsressourcen einer genaueren Begutachtung zu unterziehen. Mit mehr Automatisierungstechnik, so lautet in vielen Fällen das Ergebnis, lassen sich die Kapazitäten besser dem Auftragsdruck und dem Wettbewerb anpassen.

Die Planer im Bereich Spanende Fertigung von Fresenius Medical Care in Schweinfurt, rechnen bei Dialysemaschinen und Ersatzteilen weiterhin mit einer steigenden Nachfrage. Engpässe in der Fertigung wichtiger Bauteile wie der Zahnradpumpe sollten dabei nicht entstehen. Während 2005 noch rund 65 000 Pumpen vom Band liefen, ist der Bedarf im Jahr 2008 bereits auf 99 000 gestiegen. Für die Produktionsplaner ein klarer Hinweis darauf, dass die Kapazitäts-Auslegung eines neuen Montagesystems größere Mengen an Zahnradpumpen bewältigen muss.

Der Schritt zu einer weitgehenden Automatisierung der Pumpenfertigung lag nahe, wie sich Ralf Cimander, Leiter der mechanischen Fertigung in Schweinfurt, erinnert: „In der Teile- und Komponentenfertigung können wir die Nachfragesteigerungen gut handhaben. Unsere CNC-Maschinen sind weitestgehend automatisiert und für den mannarmen mehrschichtigen Betrieb geeignet.“ Ganz anders sah es bei der Pumpenmontage aus. „Die Ressourcen waren an ihrer Kapazitätsgrenze angelangt“, bringt Cimander das Dilemma auf den Punkt. Also wurde eine Automationslösung für die Pumpenmontage ausgeschrieben. Den Zuschlag bekam die Faulbacher FMB Maschinenbaugesellschaft, die sich bei Fresenius Medical Care bereits mit ihren Stangenlademagazinen und dem Automationsbaukasten Unirobot einige Lorbeeren verdient hatte.

Die qualitativen Anforderungen an jedes einzelne Bauteil einer Dialysemaschine sind hinsichtlich der Fertigungs- und Montagetoleranzen sehr hoch. Bei den Zahnradpumpen, die zusammen mit der so genannten Bilanzkammer das Herzstück jeder Dialyseanlage ausmachen, ist eine hundertprozentige Funktions- und Ausfallsicherheit unumgänglich. Ebenso müssen sich die Pumpen einfach und rückstandslos reinigen lassen und dabei allen Desinfektionsmitteln widerstehen.

Ein weiterer Punkt, den es zu beachten gilt, betrifft die Grenzen auch sorgfältig geplanter Automatisierungskonzepte. Da die Anlage mit einem Nutzungsgrad von 95 Prozent arbeiten und vor allem nachts in den mannlosen Schichten prozesssicher funktionieren soll, standen die Entwickler der Montagezelle vor einer großen Herausforderung. Erfahrene Mitarbeiter erkennen bei manueller Montage auf einen Blick, ob Bauteile fehlerbehaftet sind. „Eine programmgesteuerte automatisierte Montage verfügt nicht über die dem Menschen eigene Sensibilität“, unterstreicht Heribert Gertung, Vertriebsmitarbeiter von FMB. Die einzelnen Bauteile der Pumpe müssen folglich automationsgerecht sein oder exakt der Spezifikation entsprechen. Auch ist jedem Projektplaner klar, dass Roboter alleine noch keine Automatisierungslösung sind. „Entscheidend für die einwandfreie Funktion ist das Zusammenspiel der mechanischen und softwaretechnischen Schnittstellen. Hier verfügen wir zum Glück über ein umfassendes Know-how“, so Gertung.

Kurzer Prozess: Bei optimalem Nutzungsgrad beträgt die Stückzeit pro Pumpe 1,75 Minuten. Die Beladung des Materialpuffers geschieht nach wie vor manuell und dauert etwa 30 Minuten.

Nach einer Realisierungsdauer von einem dreiviertel Jahr und einer einwöchigen Vor-Ort-Montage mit Programmierung (Teach-In) fand der Roll-out der Anlage statt. Die von FMB gesamtverantwortlich realisierte Pumpenmontagezelle besteht aus zwei Knickarmrobotern mit Tragkräften von drei und sechs Kilogramm. Dazu kommen vier Montagestationen, sechs Rütteltöpfe beziehungsweise Rundvibratoren mit linearen Abführungen für die Vereinzelung der Bauteile wie O-Ringe, Stifte und Schrauben sowie Zuführschienen für Grund- und Deckplatten der Gehäuse, Magnet und Zwischenwand. Jeder Roboter erhält seine Anweisungen von einer eigenen Steuerung. Grundsätzlich werden stets vier Pumpen parallel montiert. Das heißt, nach dem zunächst in allen vier Stationen die Gehäusegrundplatte eingelegt wurde, wird das nächste Bauteil entweder aus den Zuführbahnen oder aus den Abführungen der Rundvibratoren entnommen. Je nach Bauteil wird dazu einer der sechs Wechselgreifer automatisch gewechselt. Dem Montageprozess werden 15 verschiedene Einzelteile zugeführt. Hinzu kommen sieben weitere Teile, die schon im Vorfeld manuell montiert wurden. Besonders sensibel sind zwei Montagschritte: Zum einen müssen je Pumpe zwei Passstifte mit einer Genauigkeit von einem 100stel Millimeter eingesetzt werden. Zum anderen ist ein O-Ring zu montieren.

Pumpenprüfung noch in der Zelle

Der Passstift hat einen Durchmesser von fünf Millimetern und eine Toleranz von g6 oder -4 bis -12 Mikrometer (µm), die Bohrung hat die Toleranz H8, beziehungsweise ein zulässiges Aufmaß bis 24 µm. Das heißt für den 6 kg schweren Roboter, er muss die Passstifte mit einer Toleranz von minus zwei bis drei Hundertsteln Millimeter einsetzen. Bei den O-Ringen bestehen Schwankungen weniger in den Abmessungen vielmehr in ihrer Oberflächenrauheit und Konsistenz. Die Techniker von Faulbacher FMB haben ein ausgeklügeltes Steuerungsprogramm geschrieben, mit dem die Roboter zum Beispiel nicht korrekt gegriffene oder gesetzte Dicht- und als Passelemente erkennen. Ein fehlerhaftes, als N.i.O-Pumpe erkanntes Teil wird dann nicht mehr weiter veredelt, sondern an eine integrierte Ausschleus-Station übergeben. Grundsätzlich wird jede Pumpe bereits innerhalb der Montagezelle auf Dichtheit und einwandfreie Funktionen geprüft.

Die Materialpuffer der Zelle sind so dimensioniert, dass sich ohne Nachfüllung Einzelteile für bis zu 250 Pumpen im Roboterzugriff befinden. Bei optimalem Nutzungsgrad beträgt die Stückzeit pro Pumpe 1,75 Minuten. Die Beladung des Materialpuffers geschieht nach wie vor manuell und dauert etwa 30 Minuten.