Das weltweit tätige Unternehmen Oticon produziert an seinem Standort in Thisted, Dänemark, einen Teil seiner Hörgeräte und erprobt diese bis zur Produktionsreife. „Wir sind zum einen eine Art Versuchslabor für neue Entwicklungen und zum anderen stellen wir hier unsere In-The-Ear-Produkte her. Dabei handelt es sich um Hörgeräte, die verborgen im Ohr getragen werden“, erklärt Arne Oddershede, Gruppenleiter der Wartungseinheit bei Oticon. Das Unternehmen nutzt Robotertechnologie bereits seit zehn Jahren.

Flexibler Roboterarm mit sechs drehbaren Achsen

Im Zuge seiner Entwicklungen stand der Hörgeräthersteller jedoch vor einer neuen Herausforderung: Da die Hörhilfen zugunsten des Tragekomforts immer kleiner werden, bedurfte es der Herstellung und Montage von winzigen Bauteilen aus Kunststoff. Die großen, zwei- oder dreiachsigen Roboter, die das Unternehmen bislang in seiner Produktion einsetzte, kamen dafür nicht in Frage. Auch in Handarbeit war diese Anforderung kaum zu bewältigen. „Die Teile für die modernen Hörgeräte werden immer kleiner, oft sind sie nur noch einen Millimeter groß. Wir haben nach einer Lösung gesucht, die diese Teilchen aus einer Gussform aufsaugen kann. Manuell war das unmöglich. In unserer Produktion setzen wir schon seit längerem Automationstechnologie ein. In diesem Fall benötigten wir eine leichter zugängliche und flexiblere Lösung, die auch bei niedrigen Produktionszahlen wirtschaftlich sinnvoll ist“, beschreibt Oddershede die Anforderung.

Der Systemintegrator Armiga, der ebenfalls in Thisted ansässig ist, hielt für all diese Anforderungen die geeignete Lösung bereit: Den sechsachsigen Knickarmroboter UR5 des dänischen Herstellers Universal Robots, der lediglich 18 Kilogramm schwer ist und über eine Hebekapazität von fünf Kilogramm verfügt. „Uns war schnell klar, dass zwei- oder dreiachsige Roboter für die Aufgabe ungeeignet waren. Bewegungen nur vor und zurück und auf und ab reichten bei Weitem nicht aus. Wenn ein kleines Teil etwa in der Gussform festsitzt, muss es zum Beispiel gekippt werden können“, sagt Lars Gasberg, Vertriebsleiter von Armiga. Besonders die intuitive Benutzerführung und die Präzision, mit der der Roboter arbeitet, überzeugte Oticon. Ausschlaggebend war auch, dass das Unternehmen den Roboterarm zur Produktion kleiner Stückserien nutzen und so seine Hörgeräte zu wettbewerbsfähigen Preisen anbieten kann.

Saugwerkzeug handhabt bis zu vier Kleinstbauteile

Für seine neue Arbeitsaufgabe wurde der Roboter in der Produktion von Oticon an nur einem Tag installiert. Dort handhabt er sehr kleine, kaum einen Millimeter große Bauteile, wie zum Beispiel Wachsfilter. Diese werden im Inneren des Hörgerätes angebracht, um die Elektronik vor dem Ohrenschmalz des Trägers zu schützen. Fest auf der Spritzgießmaschine montiert, positioniert sich der Roboter über der Gussform und saugt die Kunststoff-Elemente über ein speziell angefertigtes Vakuum-System auf. Dabei kann er mit Hilfe eines Saugwerkzeugs bis zu vier Kleinstbauteile gleichzeitig aufnehmen. Der UR5 ist so programmiert, dass der Saugmechanismus nur dann reagiert, wenn die Gussform geöffnet ist. Nach Aufnahme der Teile, zieht sich der Roboter zurück und die Spritzgießmaschine bereitet einen neuen Abguss vor. Alle Bauteile aus derselben Form werden anschließend in separaten Röhrchen gesammelt, so dass die Rückverfolgbarkeit gewährleistet ist. Aufgrund des Vakuum-Systems wird zudem sichergestellt, dass die sensiblen Elemente nicht beschädigt werden.

Der dänische Verarbeiter setzt den Roboter darüber hinaus für eine weitere Aufgabe ein: Für das Handling von komplexeren Bauteilen wird das Saugwerkzeug gegen ein pneumatisches Greifwerkzeug getauscht. So kann der wendige UR5 die Teile drehen oder kippen, um sie schnell aus der Form zu heben. Je nach Seriengröße und Podukt arbeitet der Roboter in Zyklen von vier bis neun Sekunden.

Roboter zum Anfassen

„Wichtig war, dass der Roboterarm leicht zugänglich und logisch aufgebaut ist. Da wir im Zuge unserer Neuentwicklungen unterschiedliche Stückzahlen und Bauteile produzieren, muss er leicht umprogrammiert werden können. Bei einem traditionellen Roboter erfolgt das über einen Computer und verlangt geschultes Personal, in der Regel Programmierer. Den UR5 kann jeder technische Mitarbeiter buchstäblich anfassen und ihm den Bewegungsablauf anhand von Wegpunkten zeigen“, sagt Oddershede. Um ohne zusätzliche Schutzeinhausung direkt neben Menschen arbeiten zu dürfen, verfügt der Roboter über einen eingebauten Absicherungsmodus. In jedem Gelenk sitzt ein Sensor, der bemerkt, wann der Roboterarm für die Bewegung mehr Kraft aufwenden muss als zuvor berechnet, beispielsweise wenn ein Arm oder ein Fuß im Weg ist. Wird ein Gegendruck von 150 Newton oder mehr ausgeübt, stoppt der Roboter sofort den Betrieb. Dieser Sicherheitsmodus wurde nach der europäischen ISO-Norm 10218 vom Dänischen Technologieinstitut zertifiziert.

Kosteneffektive Investition

Der Preis von umgerechnet etwa 22.000  Euro war ein weiteres Argument für die Anschaffung des Roboters. Bereits nach wenigen Monaten amortisierte sich die Investition. Die Betriebskosten sind darüber hinaus überschaubar, da der neu angeschaffte Roboter besonders energieeffizient arbeitet. „Der UR5 konnte all unsere Anforderungen erfüllen“, sagt Arne Oddershede. Inzwischen setzt Oticon einen zweiten Roboter für denselben Anwendungsbereich an seinem Produktions-standort in Polen ein.

 

Kosteneffizienz

Wirtschaftliche Automation für kleine Stückzahlen

Kleine Stückzahlen, häufige Produktwechsel und kleinste Bauteile – diese Kombination erforderte eine flexible Automatisierungslösung. Mit einem sechsachsigen Knickarmroboter werden die Mini-Bauteile für Hörgeräte sicher und rückverfolgbar gehandhabt. Die leichte Zugänglichkeit und der logische Aufbau zusammen mit einer intuitiven Benutzerführung sorgen dafür, dass der Roboter flexibel für unterschiedliche Aufgaben einzusetzen und leicht umzuprogrammieren ist.

Autor

Über den Autor

Dr. Esben H. Østergaard