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Für seine Wägezellen im Schwerlastbereich benötigte Wipotec eine automatisierte Prüfanlage, bestehend aus einer Klimakammer und einem Zuführ- und Handlingsystem. Ein überaus anspruchsvolles Projekt, erfolgreich realisiert mit MiniTec.
Wipotec ist ein weltweit führender Anbieter von intelligenter Wäge- und Inspektionstechnologie. Am Stammsitz in Kaiserslautern entwickelt und produziert das Unternehmen ein breites Portfolio an Kontrollwaagen, X-ray Maschinen, Track & Trace Produkten und innovativen Systemen für die Mail & Logistikbranche. Präzision spielt im Bereich Wägetechnik naturgemäß eine große Rolle. Die Waagen von Wipotec müssen auch bei unterschiedlichen Bedingungen immer exakt das korrekte Gewicht anzeigen.
Das betrifft insbesondere auch Temperaturschwankungen: Egal ob es sommerlich heiß oder frostig ist, der Messwert muss stets der gleiche sein. Um dies sicherzustellen, betreibt Wipotec einen hohen Aufwand: Jede Wägezelle – das ist der technische Kern der Waagen – muss am Ende der Montage in eine Klimakammer, wo sie einem Zyklus mit verschiedenen Temperaturen zwischen 0 und 40 Grad ausgesetzt wird. Kommt es zu Abweichungen vom Soll-Gewicht, werden entsprechende Korrekturfaktoren hinterlegt, bis alles passt.
Eine besonders stark wachsende Produktsparte bei Wipotec ist die der Schwerlast-Waagen. Diese können mit bis zu 150 kg beladen werden und kommen insbesondere in der Logistikbranche beim Paketversand zum Einsatz. Aber auch beispielsweise Zementwerke, wo schwere Säcke abgefüllt werden, gehören zu den Abnehmern. Um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden und dabei die internen Prozesse zu optimieren, sollte die Prüfung dieser Produkte in die gleiche Halle umgesiedelt werden, wo auch deren Montage stattfindet. Dazu plante Wipotec eine neue Prüfanlage, bestehend aus einer großzügig dimensionierten Klimakammer und einem Zuführ- und Handlingsystem für das Ein- und Ausfördern der Wägezellen.
Linearsystem im Deckenbereich für das Handling der Gewichtsketten in der Kammer.
Für das Vorhaben nahm man recht früh MiniTec als Partner ins Boot. Beide Unternehmen verbindet eine langjährige Zusammenarbeit. So nutzt Wipotec seit geraumer Zeit den MiniTec-Profilbaukasten im eigenen Betriebsmittelbau – inklusive speziell konzipierter Bausätze für Arbeitsplätze. Hinzu kommt der Einsatz von Stahlwellen aus der MiniTec-Lineartechnik bei den Waagen. Aber auch das eine oder andere Projekt im Anlagenbau wurde schon mit MiniTec realisiert. Die bisherige Klimakammer hatte einen Nachteil: Es konnten nur alle zu prüfenden Wägezellen auf einmal reingefahren, dem Temperaturzyklus ausgesetzt und nach abgeschlossener Prüfung aller Einheiten gemeinsam wieder ausgefördert werden.
Dieser Vorgang dauerte zwei Tage, und dadurch war man recht unflexibel. War etwa eine Wägezelle schon längst fertig, musste man erst auf die anderen warten, obwohl ihr Platz bereits für ein neues Werkstück hätte genutzt werden können. Auch umgekehrt konnte man Eilaufträge dadurch nicht immer zeitnah bedienen. Denn wenn die Kammer am Montagmorgen beladen wurde, war sie erst am Mittwoch fertig. Wurde dann am Montagnachmittag eine Wägezelle dringend gebraucht, konnte sie erst Mittwoch in die Messung gehen und Freitag wieder rauskommen. Und stand dann erst Montag in der Woche drauf zur Verfügung. Hier wünschte Wipotec für die neue Klimakammer deutlich mehr Flexibilität und schnellere Durchlaufzeiten.
Tobias Stellwagen ist von den Vorteilen der neuen Anlage begeistert.
Um die komplexen Herausforderungen bewältigen zu können, war eine enge Zusammenarbeit mit klarer Aufgabenteilung zwischen den Projektpartnern erforderlich. Tobias Stellwagen, Research & Development bei Wipotec, erinnert sich: „Das Ganze wurde als großes Projekt aufgesetzt. Die Bausteine der gesamten Anlage, also Klimakammer wie auch Zuführ- und Handlingsystem, wurden gemeinsam konzipiert. Wir haben die Klimakammer definiert, die wir brauchen – also die Größe und den sich daraus ergebenden Platzbedarf.
Ebenso kümmerten wir uns um die Werkstückträger und die Gewichtsketten. Von MiniTec kamen die Fördertechnik sowie die Linearachse, welche innerhalb der Klimakammer die Gewichtskette an die passende Position bringt.“ Um beim Ein- und Ausfördern künftig flexibler zu sein, wurde ein ShuttleKonzept entwickelt. Dieses ermöglicht, jede Wägezelle individuell zu handeln, unabhängig von den anderen. Bei den ersten Ansätzen hätte man die Wägezellen nur auf einer Seite ablegen können. Dadurch wäre die Klimakammer viel länger geworden. Deshalb schloss man sich dem Vorschlag des MiniTec-Projektleiters Peter Müller an. Dieser brachte eine Shuttle-Lösung mit einem Gabelausleger ins Spiel, wo die Werkstücke rechts und links abgelegt werden können. Der Vorteil für Wipotec war eine wesentlich kompaktere Klimakammer.
Die neue Anlage befindet sich direkt am Ende der Produktionslinie. Nach der Montage wird die entsprechende Wägezelle auf einen Werkstückträger auf einer Rollenbahn (RMS = Rollenmontagesystem) gesetzt und an der Klimakammer angemeldet. Ist dort ein Platz frei, fährt der Werkstückträger (WST) autonom zum Eingang. Hier wird er vom Shuttle abgeholt, in die Klimakammer eingefördert und da dem Klimazyklus ausgesetzt. Ist die Messung beendet und alles in Ordnung, fährt das Shuttle automatisch wieder rein, übernimmt die fertige Wägezelle und schleust sie auf der anderen Seite vom RMS wieder aus. Ein Werker entnimmt sie hier und macht sie versandfertig. Auch für Problemfälle hat man vorgesorgt, so Stellwagen: „Wir haben noch eine Art Bypass eingebaut, so einen kleinen Rundlauf. Falls wir irgendwo mal ein Problem entdecken, können wir das betroffene Produkt ganz leicht entnehmen.“
In der Klimakammer gibt es zwölf Messplätze für Werkstückträger. Und genauso viele befinden sich stets auch außerhalb auf dem RMS. So kann immer, wenn ein WST rauskommt, ein neuer wieder reingefahren werden. Auf den WST können unterschiedlich viele Wägezellen platziert werden, so Stellwagen: „Wir haben drei verschiedene Baugrößen. Auf den WST können wir entweder vier unserer kleinsten Einheiten auflegen, zwei mittlere oder eine große. Und auch alle Kombinationen dazwischen. Wir können also auch eine Mischbestückung fahren, so dass wir da sehr flexibel sind.“ Damit das möglich ist, wurde den WST eine gewisse Intelligenz hinterlegt. In der Mitte befindet sich eine Kontaktierung. Ist der Träger abgesetzt, werden alle Einheiten darüber bestromt.
Jede hat eine bestimmte Position auf dem WST und entsprechend auch eine Adresse. Über die Nummer des WST und die Adresse ist so eindeutig erkennbar, welche Wägezelle welche ist. Dies bekommt der Werker auch optisch angezeigt, wenn der WST später rauskommt, so Stellwagen: „Entweder sind alle grün, und er kann sie entnehmen und versandfertig machen, oder es ist eine rot, die dreht dann nochmal eine Extrarunde und wird nochmal eingeschleust.“
In der Klimakammer werden an Gewichtsketten automatisiert Prüfgewichte aufgelegt, und zwar variabel zwischen 10 und 110 kg – abhängig vom Messbereich die Wägezellen. Je nachdem, wie weit die Gewichtskette nach unten fährt, liegen dann 10, 20 oder mehr kg auf.
Einlauf (rechts) und Auslauf (links) der Wägezellen – im Hintergrund die Klimakammer mit beachtlichen Dimensionen.
Die Gewichtsketten hängen an Linearachsen (Z-Achsen), so dass sie innerhalb der Kammer bewegt werden können. Das jeweilige Gewicht wird dann mit den Klimafaktoren kompensiert. Der Messzyklus wurde für die neue Anlage erweitert, er reicht nun von 0–40 Grad (vorher 5–40 Grad). Grund ist, dass auch bei den Schwerlastwaagen, etwa im Hygienebereich, die tieferen Temperaturen eine immer größere Rolle spielen.
Der Temperaturzyklus in der Kammer läuft so ab, dass von der Raumtemperatur ausgehend bis auf 40 Grad erwärmt wird, anschließend wieder abgekühlt wird, bis man wieder bei Raumtemperatur landet. Währenddessen wird immer gewogen und verglichen. Stellt man dann etwa fest, dass es bei 40 Grad keine 10 kg sind, werden automatisch Korrekturfaktoren berechnet und als Matrix abgelegt. Dazu Stellwagen: „Die Temperaturkompensation in unseren Wägezellen ist deshalb so wichtig, weil wir immer einen Materialmix haben.
Das ist ein mechatronisches System. Es besteht aus verschiedenen Metallen, die verbaut sind (Alu, Edelstahl, Messing). Wir haben angeschraubte Elektronikkomponenten im Inneren. Über die Temperaturgradienten „arbeitet“ das System natürlich, und das kann dazu führen, dass bei 20 Grad der Gewichtswert anders ist als bei 40 Grad. Das wollen wir verhindern.“ Die Steuerung der Anlage erfolgt über ein „Master-Brain“, eine von Wipotec entwickelte Steuerungssoftware für die ganzen Prüfprozesse. Für dieses wurden Schnittstellen definiert sowohl zur Klimakammer, als auch zum Fördersystem, welche beide geschlossene Systeme darstellen.
Um die Arbeitssicherheit zu gewährleisten, wurde ein Lichtgitter installiert, bei dessen Durchschreitung die Anlage automatisch abschaltet. Dabei stellte man fest, dass dieses einen Sicherheitsabstand von über 2,5 m erfordert hätte. Grund war, dass die schweren Werkstücke bis zu einer Sekunde brauchten, bis sie zum Stillstand kamen. Deshalb installierte man ein zweites Lichtgitter, wodurch der Sicherheitsbereich auf 1,2 m reduziert werden konnte. „Das kommt uns aus platztechnischen Gründen entgegen. Damit wir aber wissen, dass niemand innerhalb dieses Lichtgitters steht, überwachen wir auch zusätzlich noch den Boden mit einem Bodenscanner. Erst wenn dieser sagt, der Boden ist frei, läuft die Anlage automatisiert wieder an“, erklärt Stellwagen.
Bereits in der Test- und Einführungsphase zeigte die neue Anlage spürbare Vorteile, so Stellwagen: „Hintergrund war auch das Ziel einer Kapazitätserhöhung. Mit der neuen Klimakammer können wir 30 Prozent mehr Wägezellen pro Woche durchsetzen. Und auch das Handling ist wesentlich besser. Wie erwähnt, haben wir bei dem bestehenden System unsere Klimakammer dreimal in der Woche beladen und auch entladen.
Da sind wir heute sehr viel flexibler, weil wir jede Wägezelle beziehungsweise jeden Werkstückträger separat individuell ein- und wieder ausfahren können.“ Auch den Projektverlauf bewertet Stellwagen sehr positiv: „Die Zusammenarbeit war sehr partnerschaftlich und zufriedenstellend.
Heavy Metal: Für den Transport der Schwerlast-Wägezellen dient ein RMS-Fördersystem von MiniTec.
Deshalb haben wir auch bereits ein Folgeprojekt im Auge. Dabei geht es um ein weiteres Handlingsystem, welches die Vorlastplatten automatisiert auf die Wägezellen aufsetzt, bevor diese in die Klimakammer eingeschleust werden. Und auch beim Ausschleusen wieder automatisiert abnimmt und irgendwo parkt auf einem Stapel. Das reduziert nochmal die Anzahl und verbessert die Effizienz, dass wir nicht so viele Vorlastplatten haben und auch variabel sind.“
In der Klimakammer befinden sich links und rechts je sechs Messplätze – im hinteren Bereich gut zu sehen die Gewichtsketten.
Linearsystem im Deckenbereich für das Handling der Gewichtsketten in der Kammer.
Das Shuttle vor der Einfahrt in die Klimakammer.
Einlauf (rechts) und Auslauf (links) der Wägezellen – im Hintergrund die Klimakammer mit beachtlichen Dimensionen.
In solchen Schwerlastwaagen von Wipotec werden die Wägezellen verbaut.
Heavy Metal: Für den Transport der Schwerlast-Wägezellen dient ein RMS-Fördersystem von MiniTec.
Tobias Stellwagen ist von den Vorteilen der neuen Anlage begeistert.
Die Anlage im Überblick.
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