Innovative Lösung für ein klassisches Problem: Robotergestütztes Einölen von Gusseisenpfannen
- Unternehmen: Ellenberger GmbH & Co KG
- Projektdauer: 01.2026 – 03.2026
- Digitalisierungsbereich: Automatisierte Vorbehandlung von Gusseisenpfannen
- Projektziele: Automatisierte Vorbehandlung von Gusseisenpfannen mittels Robotik; Flexibles Handhabungssystem für Gusspfannen; Kollisionsfreie Erreichbarkeit aller Pfannenflächen.
Herausforderung #1
Technische Machbarkeit:
Kann die Vorbehandlung der Gusspfannen vor dem Härten automatisiert mit einem sensitiven Roboter durchgeführt werden?
Herausforderung #2
Prozessführung reproduzierbar:
Welche Kraft ist beim Aufbringen und Abtragen des Öls erforderlich und wie kann diese reproduzierbar aufgebracht werden?
Herausforderung #3
Flexibles Handhabungssystem:
Wie kann ein Handhabungssystem für Gusspfannen mit unterschiedlichen Geometrien und Gewichten konzipiert werden?
Über das Projekt
Projektziele
Ziel des Projekts war es, die grundsätzliche Machbarkeit einer automatisierten Vorbehandlung von Gusspfannen vor dem Härten zu überprüfen und fundiert eine Aussage zu treffen, ob der Vorbehandlungsprozess robust automatisiert umsetzbar ist. Bei der Vorbehandlung kommt es wesentlich auf die Fähigkeiten und Erfahrungen des Mitarbeiters an. Dementsprechend stand die Frage im Raum, ob eine automatisierte Lösung die Vorbehandlung wirtschaftlich und der Qualitätsstandards abbilden kann. Durch eine Automatisierung sollte das bestehende Bottleneck minimiert und höhere Stückzahlen ermöglicht werden. Eine erste IST-Analyse der relevanten Vorbehandlungsschritte sowie Produktgeometrie der Gusspfanne zeigte, dass insbesondere Sensibilität und Flexibilität ausschlaggebend sind.
Für die Machbarkeitsstudie wurde ein sensitiver Roboter eingesetzt. Im Fokus der Studie lagen insbesondere das roboterbasierte Auftragen und Abtragen von Öl. Untersuchte Kriterien waren die notwendige Kraftaufbringung, um Öl abzutragen sowie die Dauer und Wiederholungen beim Öl abtragen, bis ein definiertes Ergebnis erreicht ist. Ergänzend wurde ein erstes grobes Handhabungs- und Spannkonzept betrachtet. Zur praktischen Überprüfung nutzte das EDIH Team die Infrastruktur der ZeMA gGmbH, darunter Robotersysteme und Versuchsumgebungen, um den Prozess prototypisch und unter realitätsnahen Bedingungen zu testen.
Ausgangslage
Die Machbarkeitsstudie begann mit einer systematischen Analyse des manuellen Vorbehandlungsprozesses von Gusspfannen vor dem Härten. Dabei wurde zunächst die bestehende Prozesskette betrachtet. Die Eingliederung in den Gesamtprozess, die relevanten Vorbehandlungsschritte und die Produktgeometrien der Pfannen wurden erfasst. Die Pfannen wurden in verschiedene Bearbeitungsbereiche unterteilt, um die Automatisierbarkeit der einzelnen Flächen und Arbeitsschritte strukturiert bewerten zu können.
Unternehmensbeschreibung
- Ellenberger GmbH & Co KG
- Adam-Hoffmann-Straße 5, 67657 Kaiserslautern
- 1989
- 20
- Produktion, Industrie
- Fertigung von Gussteilen
Vorgehen
Ein zentraler Baustein der Studie war die Arbeitsraumuntersuchung, die prüfte, ob das Robotersystem alle relevanten Pfannenflächen erreichen kann – unter Berücksichtigung variabler Geometrien, möglicher Kollisionen und der Flexibilität für eine spätere Automatisierung.
Ein weiterer Fokus lag auf dem Ölauftrags- und Abtragsprozess. Der aktuelle manuelle Prozess (händisch mit Schwamm und Tuch) wurde analysiert, unter anderem beispielsweise die grobe Ölmenge ermittelt, die aufgetragen werden muss. Zur praktischen Machbarkeitsprüfung wurden die Infrastruktur des ZeMA genutzt. Die Versuche zeigten, dass ein kraftgeregeltes Robotersystem mit konstanter Kraft über die Pfannenflächen ein Tuch drücken und bewegen kann.
Das Öl konnte bei der Bewegung sowohl verrieben als auch bei weiteren Bewegungen aufgenommen werden. Eingesetzt wurde ein provisorisches Werkzeug, mit dem die relevanten Flächen weitgehend erreicht wurden. Ein erstes Grobkonzept für Werkzeug, Handhabung und Spannung wurden überlegt, aber aufgrund des frühen Stadiums nicht konkretisiert.
Projektergebnis
Die Machbarkeitsstudie bestätigte die grundsätzliche technische Machbarkeit einer automatisierten Vorbehandlung von Gusspfannen vor dem Härten. Die Untersuchungen zeigten, dass ein kraftgeregeltes Robotersystem grundlegend reproduzierbar eine konstante Kraft zum Aufbringen und Abtragen des Öls aufbringen kann. Mit einem provisorischen Werkzeug konnten die relevanten Flächen grundsätzlich erreicht werden und das Öl verrieben sowie abgetragen werden. Die Machbarkeit weist aber keinen reproduzierbaren Prozess nach, der in einem Dauerbetrieb wirtschaftlich funktioniert. Dazu müssten weitere Arbeiten durchgeführt werden.
Durch die Nutzung der vorhandenen Infrastruktur konnte der Prozess nicht nur konzeptionell, sondern auch praktisch überprüft werden. Die Versuche lieferten wertvolle Erkenntnisse zu Erreichbarkeit, Kraftaufbringung, Werkzeugkontakt, Wiederholbarkeit und möglichen Grenzen der Automatisierung. Zudem wurden erste quantitative Anhaltspunkte für den Ölauftrag ermittelt und ein erstes Spannkonzept mit zum Beispiel einem magnetischem Werkstückträger und Schutzfolie skizziert. Offene Fragen betreffen insbesondere die Zulässigkeit magnetischen Spannens, die Ölbereitstellung, das Werkzeugkonzept und eine mögliche Qualitätskontrolle.
Die wichtigsten Erkenntnisse aus dem Projekt
Automatisierung möglich?
Die Vorbehandlung der Gusspfannen vor dem Härten ist grundsätzlich mit einem sensitiven Robotersystem automatisierbar.
Praxistest schafft Klarheit
Kraftgesteuertes Aufbringen und Abtragen von Öl ist machbar, erfordert aber ein geeignetes Werkzeug und definierte Prozessparameter.
Technische Potentiale ausloten
Für eine spätere Umsetzung sind Handhabung, Spannen, Ölbereitstellung, Werkzeugkonzept und Qualitätskontrolle entscheidend.