Transportsystem för arbetsstycken skapar innovation

Produktvarianterna har fördubblats, ställtiden har halverats – specialmaskintillverkaren Harrandt har uppnått denna bedrift med en teknikförändring i sina mät-, test- och monteringslinjer. Kärnan i innovationen är ett transportsystem baserat på B&R:s SuperTrak med linjärmotorteknologi.

"Motorkolvar verkar bara vara absolut runda och okänsliga för yttre påverkan. På väg genom ett monteringssystem måste de därför hanteras exakt å ena sidan och skonsamt å andra sidan", säger Samy Alain Song, chef för innovation och elektronik. på Feinwerktechnik Otto Harrandt GmbH, som beskriver en av de viktigaste utmaningarna vid kolvmontering.

En uppgift som gör konstruktionen av monteringssystem mer och mer utmanande. För att öka motorernas effektivitet har biltillverkarna minskat tjockleken på kolvringarna som ska monteras med mer än hälften under de senaste tio åren. Som ett resultat har ringarna blivit mycket känsligare och det är svårare att hantera och bearbeta dem stabilt och pålitligt i 24/7-produktion. "Även små avvikelser i monteringsprocessen kan leda till kvalitetsproblem", påpekar Song.

Det är därför Harrandt har utvecklat dessa monterings- och inspektionsprocesser själva, såsom mätning av kolvarna med mikrometerprecision, montering av kolvringar och inpressning av kolvtapparna, och har fortsatt att förfina dem för att uppnå optimala resultat. Idag rankas företaget bland de bästa av de bästa i världen av precisionsteknik.

Traditionellt transporteras kolvar från bearbetningsstation till bearbetningsstation i monteringsfabriken med hjälp av sammanlänkade arbetsstyckestransportsystem. "Dessa system är den mest kostnadseffektiva lösningen för höga volymer och fungerar mycket tillförlitligt och stabilt", säger Song. "Det relativt höga antalet komponenter som krävs för upp till 30 kolvvarianter och en omställningstid på cirka 1,5 timmar i genomsnitt har liten betydelse i den totala kostnadsövervägningen för stora partistorlekar. Situationen är dock annorlunda för partistorlekar på tusentalet enheter, vilket redan idag är vanligt. Dessa användare kräver flexiblare produktionsmöjligheter med få bytesdelar och korta omställningstider. Kolvmarknaden påverkas också av denna trend mot mindre batchstorlekar på grund av övergången till e-mobility.

Harrandt har därför utvecklat ett nytt systemkoncept för dessa användare och har nu presenterat den första monteringslinjen för 2-taktskolvar baserade utifrån det. Den gör det möjligt att mäta, testa och montera 65 olika kolvvarianter med ställtider i tillverkningen på endast 20 till 30 minuter. Dessutom har utrymmet som krävs av linjen minskat drastiskt. Harrandts löpande band är grupperat runt en oval vars raka sektioner består av två stycken en-meters långa segment på varje sida.

Längs dessa raksträckor har Harrandts ingenjörer fördelat totalt tio stationer. SuperTrak transportsystem har en särskilt kompakt design, vilket också gör det enkelt att montera och underhålla.

Det finns sju mät- och monteringsstationer på den raka, två meter långa sektionen på framsidan av anläggningen.

På den motsatta, lika långa delen av ovalen finns en last- och lossningsstation och däremellan en kalibreringsstation för de tolv till max 16 skyttlar. "Med införandet av det nya transportsystemet har vi lyckats halvera utrymmesbehovet jämfört med föregångaren med samma effekt och antal stationer", rapporterar utvecklingschefen stolt.

"Vi kunde behålla mät- och monteringsstationerna för våra beprövade avancerade system nästan oförändrade för den nya systemgenerationen. Å ena sidan innebär detta för våra kunder de beprövade exakta och stabila processerna samt cykeltider på sju sekunder, som tidigare bara uppnåddes av de mest kraftfulla linjerna. Å andra sidan kunde vi koncentrera oss på de nya möjligheter som SuperTrak erbjuder oss", tillägger Song.

Följaktligen behöll Harrandt även styrsystemet för processerna och lade till en B&R-kontroller för SuperTrak-systemet. Harrandt gav B&R Value Provider företaget Provitec GmbH i uppdrag att skapa motsvarande programvara. Detta företag fortsätter att stödja den speciella maskintillverkaren i överföring och utveckling av mjukvarukunnande för uppföljningsprojekt. Styrlösningen ger den höga dataöverföringshastighet som Harrandt behöver för att sömlöst övervaka de tolv eller valfritt upp till 16 skyttlarna i systemet och säkerställa spårbarhet. Det gör det också möjligt att flytta skyttlarna till valfri position med en repeterbarhet på ±0,01 mm enligt mjukvaran, så att cylindrar av olika storlekar, till exempel, är inriktade så att mantellinjen alltid är på samma plats.

Harrandt använde denna flexibilitet vid positionering för att utveckla en universell fixtur för cylindriska eller kubiska arbetsstycken som kan rymma många olika kolvstorlekar. Bara detta har avsevärt minskat antalet ändringsdelar och ställtiden.

Dessutom tillåter SuperTrak högre transporthastigheter och gör det möjligt att dela stationer eller använda två identiska stationer om processen på dem är för cykeltidskrävande. Detta är möjligt eftersom skyttlarna helt enkelt kan passera genom stationer som inte behövs utan att stanna.

Om ytterligare processtationer behövs är detta lättare att implementera med SuperTrak för Harrandt än tidigare. Song påpekar, "Å ena sidan kan vi ta emot ytterligare stationer längs banan. Å andra sidan kan vi använda de fortfarande fria områdena på kurvsegmenten. Noggrannheten i transportsystemet uppfyller också våra krav här, vilket interna analyser har bekräftat. För det tredje kan systemet enkelt utökas till att omfatta fler raka segment, som var och en ger plats för ytterligare två till tre av våra stationer.

Med konventionella konstruktioner skulle en sådan utbyggnad endast vara möjlig till stora kostnader och kräver betydligt mer utrymme. Underhållet är också enklare med SuperTrak. Skyttlarna kan enkelt tas bort och bytas ut för underhåll med hjälp av ett hjälpverktyg. Även borttagning och utbyte av rälsdelar är möjligt utan större ansträngning, så att underhållsrelaterade stilleståndstider kan minskas.

Flexibiliteten hos SuperTrak gjorde det möjligt för Harrandt att avsevärt minimera riskerna vid utvecklingen av den nya anläggningen. Detta var uppenbart i både anläggningsdesignen och förmågan att initialt behålla de beprövade stationerna, inklusive processkontrollsystemet. De ansvariga på Harrandt fick ytterligare beslutssäkerhet i ett tidigt planeringsskede genom att simulera transportprocessen.

"Tack vare simuleringen hade vi förvissningen om att vi tekniskt sett var på rätt väg. Detta gjorde att vi kunde ytterligare minska risken som alltid är förknippad med en ny teknik för oss och våra kunder", säger Song. Dessutom planerar Harrandt att använda simuleringsfunktionen för att demonstrera den planerade anläggningens genomförbarhet och prestanda för kunder redan i offertfasen.

Det är inte bara kunder som vill ha effektiva kolvmonteringslinjer som drar nytta av fördelarna med den nya anläggningstekniken. Anläggningen med den nya transportlösningen baserad på SuperTrak gör att Harrandt kan överföra process- och automationskunnande från kolvmontering till befintliga och nya marknader.