Verpackungsroboter Filigranes Pick and place

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Mit der Pick-and-place-Technologie lassen sich Verpackungsprozesse effizient automatisieren und flexibel an die unterschiedlichsten Produktanforderungen anpassen. „Kollege Cobot“ entlastet so die Mitarbeitenden, die ihre Kompetenzen für Tätigkeiten im Betrieb einsetzen können, wo menschliche Intelligenz unersetzbar ist.

Um die Effizienz und Flexibilität der Abläufe stetig zu verbessern, entwickelt der Verpackungsmaschinenhersteller Schubert seine modulare Robotertechnologie permanent weiter. Zu den neuesten Systemkomponenten zählen die Pick-and-place-Roboter der T-Reihe. Mit dem T4 und T5 können die Anlagen von Schubert noch spezieller auf Kundenanforderungen und Leistungsbereiche abgestimmt werden.

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Wie Schubert meldet, ist „Pick and place eine der wichtigsten Verpackungsfunktionen, vor allem im Lebensmittel- und Süßwarenbereich, aber auch in anderen Branchen wie der Kosmetikindustrie. Wo hocheffizient und gleichzeitig flexibel verpackt werden muss, ist eine Automatisierung mit Pick-and-place-Robotern die Lösung schlechthin“, so das Unternehmen weiter. „Nur so können Hersteller eine profitable Verpackungsleistung erzielen und gleichzeitig die gestiegenen Anforderungen an vielfältige Produktsortimente wie Mixpacks, wechselnde Verpackungsformate und auch nachhaltige Verpackungsmaterialien erfüllen.“ Zusätzlich zu seinen bewährten F4, den vierachsigen Scararobotern, hat Schubert mit der T-Reihe einen weiteren Robotertyp für seine Pick-and-place-Maschinen entwickelt. Die Konstruktion der T4- und ihrer verwandten T5-Roboter basiert auf dem bekannten Deltarobotertyp, unterscheidet sich aber von den sonst auf dem Markt befindlichen Robotern mit dieser Kinematik.

Pick-and-place-Leistung auf engstem Raum

Ihr begrenzter rechteckiger Arbeitsbereich prädestiniert sie für eine hohe Leistung auf engstem Raum: In einem einzigen Top-Loading-Machine-(TLM-)Gestell können bis zu sechs der vier- oder fünfachsigen Deltaroboter gleichzeitig arbeiten. Mit dieser Roboterdichte deckt Schubert innerhalb einer Teilmaschine einen größeren Arbeitsbereich ab. Dies bedeutet mehr Leistung auf kürzerer Strecke, mehr Flexibilität im Maschinen-Layout und auch kompaktere Pick-and-place-Maschinen, bei schwierigen Platzverhältnissen ein Vorteil.

Der T5-Roboter verfügt über eine fünfte Achse, mit der sich Produkte schwenken und kippen lassen; dies ist beispielsweise optimal für Gebäck, das senkrecht in einem Tray abgelegt werden muss.

Roboter-Werkzeuge aus dem 3D-Drucker

Die T-Roboter arbeiten wie die F4-Scararoboter meist „im Team“ und sind beliebig skalierbar. Mit den verschiedenen Robotertypen F4 und T4/T5 kann Schubert jeweils die optimale Lösung für seine individuellen Projekte anbieten. Durch den großen Arbeitsbereich quer zur Laufrichtung des Bandes eignet sich der F4-Roboter besonders für breite oder sehr breite Produktbänder. Das gilt vor allem für Pick-and-place-Maschinen, die nur auf einer Seite einen Tray- oder Schachteltransporteur benötigen.

Alle Pick-and-place-Maschinen sind mit schnell wechselbaren Werkzeugen ausgestattet, die teilweise im 3D-Druck gefertigt werden. Über die Part-Streaming-Plattform „Partbox“ können Schubert-Kunden diese Formatteile als virtuelle Lager vorhalten und bei Bedarf mit einem handelsüblichen 3D-Drucker über einen zertifizierten Druckjob selbst nachdrucken. Die T-Reihe bewährt sich unter anderem bereits bei einem international agierenden Konditor und Süßwarenhersteller. Dort verpackt eine Lightline-Pickerlinie mit T4-Robotern verschiedene Sorten Feingebäck in Trays.

Pickerlinie mit acht Robotern

Um die Pick-and-place-Maschine aus der vorkonfi­gurierten Lightline-Familie auf dem begrenzten Platz unterbringen zu können, verwendeten die Maschinenbauer ein 1.600 Millimeter breites Produktband und integrierten acht T4-Roboter in die Anlage. Die hohe Leistungsdichte der Roboter spart in diesem Fall einen Meter Platz auf die Gesamtlänge der Anlage und bringt die gewünschte Leistung trotz beengter Platzverhältnisse in der Produktionshalle.

Für die feinen Biskuits mit oder ohne Schokoladenfuß wird ein runder Sauger verwendet, der die Produkte schonend aufnimmt. Die T4-Roboter legen die Gebäckstücke in verschiedenen Orientierungen und Abzählungen sicher und effizient in die Kunststoff-Trays. Der in der Lightline-Pickerline intgrierte 3D-Scanner erfasst Ausrichtung, Oberfläche und Höhe der Produkte.

Reine Fließbandarbeit wird immer unattraktiver, das bekommt auch die Sandwich-Industrie in Großbritannien zu spüren. Um die Unternehmen und ihre Teams zu entlasten, hat ein britischer Systemintegrator eine automatisierte Anlage mit zwei KR Agilus von Kuka entwickelt. Diese verpacken 50 bis 60 Sandwiches pro Minute, und zwar hygienisch, präzise und kostengünstig.

Kuka-Roboter verpacken Sandwiches

Der Sandwich-Markt wächst kontinuierlich stark. Im Jahr 2018 wurden weltweit 13 Milliarden US-Dollar Umsatz generiert, im Jahr 2025 sollen es Experten zufolge 18,2 Milliarden US-Dollar werden. Ein Drittel davon entfällt auf die USA, die damit weltweit führen. Und in Großbritannien, der „Heimat“ der Sandwiches, werden laut British Sandwich Association insgesamt elf Milliarden verpackte Sandwiches gekauft oder frisch zubereitet verzehrt.

So müssen Milliarden von Toastscheiben belegt, zugeschnitten und verpackt werden. Für die beiden letzten Schritte hat der britische Systemintegrator Active8 Robots, der sich auf fortschrittliche Robotertechnologien und intelligente Automatisierung spezialisiert hat, eine automatisierte Lösung entwickelt, bei der die Aufgaben unter anderem von zwei KR Agilus übernommen werden.

Bereits 2017 hatte das zwölf Mitarbeiter umfassende Unternehmen mit den ersten Tests begonnen, heute ist die Lösung patentiert. „Für andere Projekte haben wir bereits mit Kuka zusammengearbeitet“, so Michael Codd, Sales Director bei Active8 Robots. „In Sachen Geschwindigkeit, Präzision, Service und Qualität waren die Roboter am besten für unsere Anlage geeignet, daher haben wir uns auch diesmal wieder für eine Zusammenarbeit entschieden.“

Schnelligkeit und Präzision für hochempfindliche Produkte

Die beiden KR Agilus liefern dank ihrer robusten Bauweise maximale Wiederholgenauigkeit und kontinuierliche Präzision und arbeiten schnell. Mit der Unterstützung durch Kuka wurde das Anlagenmodell bei Active8 Robots nachgebaut und optimiert. Die beiden Roboter wurden mit rotierenden End-of-Arm-Werkzeugen aus lebensmittelechtem Edelstahl ausgestattet, um den strengen Hygienebestimmungen zu genügen.

Wie Michael Payne, Food and Beverage Sector Manager bei Kuka UK, betont, „arbeitet der KR Agilus dank der integrierten Energiezuführung höchst präzise und benötigt aufgrund seiner kompakten Bauweise nur wenig Raum“. Das macht ihn zum idealen Roboter für das Handling von üppig belegten Weißbrotscheiben. Denn die „Sandwiches dürfen bei dem Prozess nicht gequetscht werden oder verrutschen“, wie Codd betont. Dies erfordert eine Wiederholbarkeit der Bewegungen in immer derselben Stärke beim Greifen, die nur ein Roboter bieten kann.

Und so funktioniert die Roboterzelle: Auf einem Fließband laufen die von Mitarbeitern belegten viereckigen Toasts ein. Bevor sie bei den beiden Robotern ankommen, werden die Sandwiches mit Ultraschall durchgeschnitten. In die Anlage integrierte Bildsensoren kon­trollieren dabei die Qualität. Die nun dreieckigen Sandwiches laufen über das Band weiter zu den Greifarmen der KR Agilus; diese nehmen die belegten Brote auf, drehen sie um 180 Grad und legen sie einzeln in dafür bereitgestellte Papiertaschen. Die beiden Geräte können 50 bis 60 Sandwiches pro Minute verpacken, dabei sorgt die robuste Bauweise des 6-Arm-Roboters für kontinuierliche Arbeitsabläufe. „Mit seiner Lebensdauerschmierung an den Getrieben kommt der KR Agilus komplett ohne Schmierstoffwechsel und mit nur wenig Wartungsaufwand aus“, betont Payne.

Schneller Greiferwechsel

Schmalz hat zusammen mit der Zimmer Group eine multifunktionale End-of-Arm-Plattform entwickelt. „Match“ ermöglicht einen schnellen und automatisierten Wechsel zwischen pneumatischen und mechanischen Greifern. Ein Steuerungsmodul kommuniziert mit beiden Lastaufnehmern sowie dem Vakuumerzeuger und Roboter. Schnellwechseladapter und Einrichtungsassistent vereinfachen die mechanische sowie steuerungsseitige Anbindung.

„Match“ lohnt sich unter anderem beim Pick and place, dem Be- und Entladen von Maschinen oder dem Kommissionieren und Verpacken. Wie Schmalz meldet, ist „das System so vielseitig, dass es die Anwender an neue Anforderungen schnell und einfach anpassen können“.

Aktuell wartet die erste roboterbasierte Sandwich-Verpackungsanlage von Active8 Robots noch auf ihren ersten Einsatz in einer Großbäckerei. Michael Codd kann sich durchaus Erweiterungen der Applikation vorstellen. So könnte künftig auch der erste Teil des Prozesses, nämlich das Belegen und Zusammenklappen der Sandwiches, automatisiert werden. Dies könnte der KR Delta von Kuka übernehmen, der für den direkten Kontakt mit Lebensmitteln designt wurde und sich in die bestehende Anlage integrieren ließe. Zudem sieht Active8 Robots zahlreiche Einsatzbereiche für ähnliche Anlagen, die hygienisch, schnell und kostengünstig Snacks oder andere Lebensmittel verpacken.

Robotereinsatz für Cashew-Nüsse

Das Lebensmittelunternehmen Dan D Pak setzt in seinem Werk in Vietnam den Cobot „GoFa“ von ABB ein, der befüllte Beutel mit Cashew-Nüssen in Kartons legt. Da der Roboter rund um die Uhr arbeiten kann, steigert er die Effizienz des Verpackungsbetriebs und hilft, die steigende Nachfrage internationaler Kunden zu decken. Zudem entlastet der Cobot die Mitarbeitenden, die sich nun anderen, wertigeren Aufgaben widmen können.

Eine Kiste mit Nüssen wiegt elf Kilogramm; eine Ladung mit Nüssen besteht aus zwei Cashew-Beuteln und wiegt ein Kilogramm. Diese Schicht für Schicht mit konstanter Präzision zu verpacken, ist für Mitarbeitende herausfordernd und birgt langfristig auch gesundheitliche Risiken. Der Schutz der Gesundheit war einer der Hauptgründe für die Automatisierung. Zudem hat die Coronapandemie gezeigt, wie anfällig manuelle Arbeitsplätze für Fertigungsausfälle sind.

In anderen Werken in Vietnam, den USA und Kanada sind bei Dan D Pak bereits „FlexPicker“-Roboter von ABB im Einsatz; das automatisierte Einpacken der Cashew-Beutel ist für das Unternehmen jedoch neu. Im Werk in Vietnam war der Platz für eine Roboterlösung begrenzt, weshalb sich der Cobot „GoFa“ von ABB als geeignet erwies. Der kollaborative Roboter arbeitet sicher Seite an Seite mit Menschen und kann Nutzlasten von bis zu fünf Kilogramm handhaben. Außerdem sind keine Sicherheitszäune und Umhausungen erforderlich, die wiederum Platz benötigten.

Ursprünglich war die Verpackungsgeschwindigkeit auf 22 Beutel pro Minute festgelegt, wobei jeder Beutel knapp ein Kilogramm wog. Kurz vor der Auslieferung des ersten „GoFa“ hat Dan D Pak seine Verpackungs­anlage mit einer besseren Waage und einem effizienteren Absackautomaten modernisiert. So konnte das Unternehmen seine Produktivität auf 35 bis 36 Beutel pro Minute steigern. Der Sauggreifer des Cobots nimmt jeweils zwei Cashew-Beutel mit Nüssen auf und legt sie in Kartons ab; zuvor mussten jeweils zwei Mitarbeitende im Akkord arbeiten.

Der Cobot ist auch für andere Aufgaben einsetzbar: Bei Bedarf wird der Roboter an eine andere Stelle im Werk versetzt. Zudem lässt er sich für das Handling weiterer Produktvarianten problemlos umprogrammieren. Somit kann Dan D Pak künftig eine breitere Produktpalette verarbeiten.

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