Die Planer im Bereich Spanende Fertigung von Fresenius Medical Care, Schweinfurt, haben mit der Faulbacher Maschinenbaugesellschaft (FMB) vor rund einem Jahr ein wegweisendes Automationsprojekt realisiert – die Montage von Zahnradpumpen für Dialysemaschinen. Bereits vor längerem hat Fresenius Medical Care das Be- und Entladen seiner modernen CNC Dreh- und Fräsmaschinen mit moderner Technik der FMB automatisiert – und damit positive Erfahrungen gesammelt. Fresenius Medical Care ist der weltweit führende Anbieter von Produkten und Dienstleistungen für Patienten mit chronischem Nierenversagen. Das Schweinfurter Werk ist weltweit mit großem Abstand führend bei der Produktion von Dialysemaschinen.
Weltweit gibt es mehr als 1,6 Millionen Dialysepatienten. Rund 177.000 von ihnen betreut Fresenius Medical Care in nahezu 2.300 Dialysekliniken in Nordamerika, Europa, Asien, Lateinamerika und Afrika. Das Unternehmen ist auch der weltweit führende Anbieter von Dialyseprodukten wie Hämodialysemaschinen, Dialysatoren (künstliche Nieren) und damit verbundenen Einweg-Produkten. Darüber hinaus umfasst das Sortiment Produkte für die Bauchfelldialyse (Peritonealdialyse), bei der eine in den Bauchraum eingebrachte Flüssigkeit das Blut reinigt.
Bild rechts: Platzsparend und feinfühlig: Die FMB Montagezelle geht mit kostbarer Hallenfläche sparsam um. Selbst filigrane und flexible Teile, wie O-Ringe, werden vom Roboter mit hoher Prozesssicherheit montiert.
Mit zahlreichen Produktinnovationen setzt das Unternehmen höchste Standards in der Branche und hat in den vergangenen Jahren seine führende Position ausgebaut. In der Dialysetechnik gibt es global zudem reichlich Wachstumspotential. Und dem steigenden Bedarf stellen sich auch die Fertigungsstandorte von Fresenius Medical Care – sowohl qualitativ als auch quantitativ.
Die qualitativen Anforderungen an jedes einzelne Bauteil sind hinsichtlich der Fertigungs- und Montagetoleranzen sehr hoch. So müssen zum Beispiel die Zahnradpumpen, zusammen mit der Bilanzkammer das Herzstück jeder Dialysemaschine, langfristig eine 100%ige Funktions- und Ausfallsicherheit bieten, gut zu reinigen sein und dabei allen Desinfektionsmitteln widerstehen.
Auch quantitativ stellen sich in Fertigung und Montage stetig wachsende Herausforderungen: Aufgrund des Markterfolges von Fresenius Medical Care steigt die Nachfrage und das Schweinfurter Fertigungswerk muss seine Kapazitäten entsprechend anpassen. Durch die steigende Nachfrage nach Dialysemaschinen und Ersatzteilen muss bei Zahnradpumpen mit einer durchschnittlichen jährlichen Steigerungsrate im zweistelligen Bereich gerechnet werden. Wurden vor drei Jahren noch rund 65.000 Pumpen produziert, ist der Bedarf im vergangenen Jahr auf 99.000 gestiegen. Auch für dieses Jahr erwartet Fresenius Medical Care eine weitere Zunahme. Deshalb sollte die Kapazitäts-Auslegung eines neuen Systems langfristig auch größere Stückzahlen an Zahnradpumpen bewältigen können.
Ralf Cimander, Leiter der mechanischen Fertigung in Schweinfurt: „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 bis vor kurzem die Situation in der Pumpenmontage aus. Die Ressourcen waren an ihrer Kapazitätsgrenze angelangt“.
Also wurde eine Automationslösung für die Pumpenmontage ausgeschrieben. Den Zuschlag bekam die Faulbacher FMB Maschinenbaugesellschaft GmbH, die sich bei Fresenius Medical Care in Schweinfurt bereits mit ihren Stangenlademagazinen und dem Automationsbaukasten UNIROBOT einige Lorbeeren verdient hatte.
Bild links: Alles im Griff: Der FMB Roboter hat für die Montage der 15 verschiedenen Pumpenteile sechs verschiedene Greifer im direkten Zugriff.
Weil die Anlage mit einem Nutzungsgrad von 95 Prozent arbeiten und vor allem nachts in den mannlosen Schichten prozesssicher funktionieren soll, war die Entwicklung der Montagezelle entsprechend komplex. „Wir mussten vor allem berücksichtigen, dass der Mensch gewisse Unzulänglichkeiten der Bauteile bei manueller Montage ausgleicht. Und dass eine programmgesteuerte automatisierte Montage nicht über diese dem Menschen eigene Sensibilität verfügt“, unterstreicht Heribert Gertung, Vertriebsmitarbeiter von FMB. Die einzelnen Bauteile der Pumpe müssen also unbedingt automationsgerecht sein beziehungsweise exakt der Spezifikation entsprechen.
Bei der Projektierung stand fest, dass Roboter alleine noch keine Automatisierungslösung sind. „Entscheidend für die einwandfreie Funktion ist das Zusammenspiel der mechanischen und softwaretechnischen Schnittstellen. Hier verfügen wir über ein umfassendes Know-how“, so Gertung.
Bild rechts: Gewaltenteilung: Der Montage- und der Schraubroboter haben jeweils eine eigene Steuerung, die über komfortable Bedienterminals mit Grafikdisplay programmiert werden.
Nach einer Realisierungsdauer von einem dreiviertel Jahr und der Vor-Ort-Montage von lediglich einer Woche, läuft die Anlage seit Ende September 2007 im Schweinfurter Werk. Die Programmierung (Teach-In), Einfahren und die Schulung wurden von FMB vor Ort unterstützt. Cimander: Die automatisierte Pumpenmontage ist ein weiterer wichtiger Schritt, um Qualität, Menge, Kosten und Termine weltweit wettbewerbsfähig zu halten.“ Und das auf lange Sicht. Das UNIROBOT Montagesystem lässt sich zum Beispiel bei Änderungen von Pumpenkomponenten durch Neuprogrammierung und gegebenenfalls den Austausch von Greifern und Vorrichtungen schnell und kostengünstig auf neue Aufgaben umrüsten. Die Investitionssicherheit ist somit langfristig gegeben. Und sie spart vom ersten Tag an Kosten.
Cimander: „Die durch die Automation eingesparten Arbeitskräfte werden intern für andere Aufgaben qualifiziert. Unsere in den letzten 20 Jahren ausgeführten Automatisierungsmaßnahmen haben nie Arbeitsplätze gekostet, sondern gingen immer mit Stückzahlsteigerungen einher und haben dadurch vielmehr Arbeitsplätze gesichert.“
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.
Bild links: Montieren, Schrauben, Testen: Die kompakte Montagestation mit Schraubroboter integriert neben vier Montagevorrichtungen auch Teststationen für Dichtigkeit und Gängigkeit der Zahnradpumpen.
Insgesamt werden 15 verschiedene Einzelteile zugeführt und montiert. 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. Andererseits ist ein O-Ring zu montieren. Der Passstift hat einen Durchmesser von fünf Millimetern und eine Toleranz von g6 oder -4 bis -12 µm, die Bohrung hat die Toleranz H8, beziehungsweise ein zulässiges Aufmass bis 24 µm. Das heißt für den sechs-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 als vielmehr in ihrer Oberflächenrauheit und Konsistenz. FMB hat ein ausgeklügeltes Steuerungsprogramm geschrieben, mit dem die Roboter zum Beispiel nicht korrekt gegriffene oder gesetzte Dicht- und Passelemente erkennt. Eine als n.i.O-Pumpe erkannte wird dann nicht mehr weiter veredelt, sondern an eine integrierte Ausschleusstation übergeben. Grundsätzlich wird jede Pumpe bereits innerhalb der Montagezelle auf Dichtheit und einwandfreie Funktionen geprüft.
Bild rechts: Einbaufertig: Vor der Auslieferung durchläuft jede Pumpe einen ausgiebigen Funktionstest und wird computerunterstützt kalibriert und versiegelt.
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.
Cimander: „Mit FMB haben wir einen sehr qualifizierten und engagierten Projektpartner gefunden.“ Und Engagement bleibt auch nach Auslieferung und Installation der Anlage wichtig. Nach dem Motto „Lernen mit den Kunden“ wird Fresenius bei der Optimierung auch weiterhin mit umfassenden Serviceleistungen betreut.
Die Zusammenarbeit zwischen Fresenius Medical Care und FMB besteht schon seit vielen Jahren. So wurden die Abläufe und die Produktivität in der mechanischen Fertigung durch Stangenlademagazine und Unirobots erheblich rationalisiert. FMB lieferte für eine 5-Achsmaschine ein automatisches Handlingsystem für zwei Baugruppen. Mittlerweile sind am Standort Schweinfurt insgesamt fünf Unirobots im Einsatz. Und es könnten noch mehr werden. Denn wie die erfolgreich automatisierte Pumpenmontage zeigt, bietet FMB mit dem UNIROBOT einen modularen Automatisierungsbaukasten, dessen Einsatzmöglichkeiten weit über das Be- und Entladen von Maschinen hinausgeht.
Bild rechts: Ausdauer und Präzision: Die Aufnahmekapazität der Materialzuführungen reicht für bis zu 250 Pumpen.
Unternehmen::
Unter Drehern sind die drei Buchstaben FMB seit 1980 ein Begriff. Mit ihren Stangenlademagazinen steht die 135 Mitarbeiter starke Faulbacher Maschinenbaugesellschaft für zuverlässige und wirtschaftliche Lösungen zum Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen. FMB ist einer der wachstumsstärksten Hersteller von Stangenlademagazinen bis 100 mm Durchmesser. Das Produktprogramm umfasst sowohl Standardlösungen als auch kundenorientierte Sonderkonstruktionen. UNIROBOT erweitert die Automationskompetenz von FMB bis hin zu allgemeinen Förder-, Be- und Entladeaufgaben in allen industriellen Branchen.
Bild links: 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.
Text und Bild: Klaus Hennecke
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