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Visionsmaschine, 3D-Druck und neuer Cobot

Mehr Intelligenz und weniger Mechanik: Schubert setzt auf Zukunftstechnologien

| Redakteur: Alexander Stark

Die Visionsanlage ermöglicht eine formatfreie Zuführung der ungeordneten Komponenten dank einer implementierten „Griff in die Kiste“-Funktion.
Die Visionsanlage ermöglicht eine formatfreie Zuführung der ungeordneten Komponenten dank einer implementierten „Griff in die Kiste“-Funktion. (Bild: Schubert-Cosmetics)

Der Crailsheimer Verpackungsmaschinenhersteller Schubert präsentierte auf einer Hausmesse kürzlich Ergebnisse und Visionen für moderne Verpackungsanwendungen. So erfuhren die Teilnehmer, wie der 3D-Druck die Konstruktion von Roboterwerkzeugen revolutioniert. Außerdem arbeitet der Mittelständler unter Hochdruck an der Entwicklung eines eigenen Cobots. Beim Rundgang durch das Unternehmen konnten die Besucher auch die Visionsmaschine für Kosmetikanwendungen in Aktion erleben.

Crailsheim – Gleich drei Neuheiten präsentierte Schubert-Cosmetics im Rahmen einer Hausmesse am 27. Juni den über 50 Kunden und Interessierten, die eigens aus Europa und Übersee angereist waren. Der Maschinenbauer stellte dabei eine neue Visionsmaschine mit dem jüngst entwickelten 3D-Bilderkennungssystem vor.

Als eigenes Kompetenzteam innerhalb von Schubert Packaging Systems (SPS) richtet sich Schubert-Cosmetics an Unternehmen in der Kosmetikindustrie. In dieser Branche ist das Unternehmen zwar schon seit langem aktiv und arbeitet mit führenden Marken zusammen, nun soll aber eine komplette Abfüll- und Verpackungsmaschine sämtliche Aufgaben in einer Maschine vereinen. Olaf Horrenberger, Geschäftsführer von SPS, betonte in seiner Begrüßung, dass die Batchgrößen bei der Kosmetikproduktion immer kleiner und die Abstände zwischen neuen Produkteinführungen immer kürzer werden. In den Regalen der Drogerien und Supermärkte buhlen immer wieder neue Produkte und Spezialserien um die Gunst der Käufer. Gleichzeitig dürfen die Fertigwarenbestände in den Lagern der Hersteller nicht zu sehr ansteigen. Das erfordert häufige Formatwechsel und flexible Anpassungen der Roboterwerkzeuge. Die bestehenden Anlagen sind dafür jedoch nur selten ausgelegt, was zu sehr langen Umrüstzeiten führt.

Für die Produktion von kleinen Losgrößen haben die Crailsheimer deshalb ein neues Maschinenkonzept entwickelt. Gemeinsam mit einem deutschen Naturkosmetikhersteller wurde dabei eine agile Visionsanlage mit hoher Linieneffizienz basierend auf Systemkomponenten von Schubert entwickelt und gebaut. Dies gewährleistet einen durchgängigen Ablauf aller Prozessschritte. Ein wesentlicher Vorteil soll dabei sein, dass die Werkzeuge für den Formatwechsel innerhalb weniger Wochen lieferbar sein werden.

Durch die Reduktion von Mechanik steigt auch die Verfügbarkeit. Bei Shampooflaschen soll die Umstellzeit nur noch zwölf Minuten betragen, führte der Geschäftsführer Ralf Schubert aus. Die erste Schachtel nach der Umstellung muss einwandfrei sei, betonte er. Als Ziel gibt er eine Time-to-Market der Kunden von 2 Wochen aus. Der Sohn des Firmengründers ist überzeugt, dass dieses Konzept der Standard der Zukunft sein wird. Möglich ist dies durch den konsequenten Einsatz des 3D-Drucks in der Konstruktion.

Greifer aus dem Drucker

Schubert geht mit der additiven Fertigung bereits in die nächste Runde: Werkzeugteile on-demand sind die greifbare Nähe gerückt, teilt das Unternehmen mit. Seit mehr als fünf Jahren arbeitet der Maschinenbauer mit Teilen aus dem 3D-Drucker. Ein einziges 3D-Bauteil ersetzt heute bereits zig Einzelteile und Befestigungsschrauben. Ein solches Roboterwerkzeug kann für jede Produktform hergestellt werden. Die komplex gedruckten Teile sind formschlüssig und leichter als ihre bisherigen Pendants und reduzieren so den Materialverschleiß an den Robotern.

„Wir können auf neue Produkte und geänderte Verpackungswünsche unserer Kunden sehr kurzfristig und flexibel reagieren“, erklärt Marcus Schindler, der die Teilefertigung bei Schubert verantwortet. „Mit 3D sind wir außerdem in der Lage, Maschinenteile auftragsbezogen und werkzeuglos zu produzieren.“ Das soll zukünftig sogar bei den Kunden vor Ort funktionieren: Dazu wird den Kunden der Drucker inklusive Software und Baumaterial angeboten. So soll er seine Werkzeugteile on-demand einfach über einen bestellen Druckjob selbst anfertigen können. Das vermeidet Stillstandzeiten in der Produktion.

Ziel ist Schindler zufolge ein Anteil additiv produzierter Teile von 5 % bis 2020. Von allen auftragsbezogenen Kunststoffteilen stell das Unternehmen bereits 20 % im 3D-Druckverfahren her. Insgesamt wurden 2018 rund 30.000 Teile im 3D-Druckverfahren hergestellt. Bisher nutzt Schubert für die Herstellung von 3D-Werkzeugen und Werkzeugteilen Kunststoff. Aktuell testen das Unternehmen auch den Einsatz eines Metalldruckers. Erste Bauteile sind in Arbeit.

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Kollege Roboter - Schubert tüftelt am ersten eigenen Cobot

Eigentlich ist Schubert für seine modularen Verpackungsmaschinen bekannt. Dass Schubert nun an einem eigenen Cobot arbeitet mag überraschen. Doch wenn man sich typische Probleme bei der Integration von kollaborativen Robotern in Unternehmen ansieht, iliegt es nahe, dass sich der Spezialist für digitale Verpackungsmaschinen dieser Technologie widmet. Robotik, Zuführung, Bilderkennung und exaktes Greifen gehören zur Kernkompetenz des Maschinenbauers. Diese Synergien sollen nun in die Entwicklung des Cobots einfließen. Hierfür hat Schubert im Januar 2019 ein Start-up ins Leben gerufen. Inzwischen arbeiten dort 8 Ingenieure und 4 Studenten. Das Team kann inzwischen erste Ergebnisse vorweisen: den tog.519.

Eine typische Aufgabe dieses Cobots ist beispielsweise das Einsetzen von Pouches in die Kette eines vorhandenen Kartonierers. Dafür werden sonst ein oder zwei Personen benötigt, die die Pouches aus der Kiste nehmen und in die Kette einlegen. Der tog.519 erkennt die Pouches, auch wenn sie übereinander liegen, und identifiziert die Kettenteilungen, in die er sie ablegen soll. Der Cobot ist schnell und benötigt keine Schutztüren. Er wird langsamer, wenn ihm Menschen nahe kommen und bleibt sicher stehen, bevor er mit Menschen in Berührung kommt. „Der entscheidende Vorteil für unsere Kunden ist, dass der Cobot einfach in Betrieb zu nehmen ist“, so Ralf Schubert. „Wir liefern alle Komponenten des Cobot-Gesamtsystems: einen kleinen Behälter, ein Zuführband und den kooperativen Roboter. Über eine spezielle App kann der Kunden den Cobot ohne Programmierung selbst in Betrieb nehmen.“ Nach dem tog-519 sollen weitere kollaborative oder kooperative Roboter folgen, zum Beispiel solche für höhere Gewichte und vielleicht auch zum automatischen Beladen von Magazinen mit Zuschnitten. „Unsere togs werden immer intelligenter. Es dürfte nur eine Frage der Zeit sein, bis smarte Cobots in der Lage sein werden, sich Verpackungsaufgaben eigenständig anzutrainieren,“ prognostiziert Schubert.

Cobots müssen flexible sein und Produktformate erkennen. Das erfordert viel Code und führt damit zu vielen Fehlerquellen. Das Schubert-Projekt setzt deshalb auf neue Technologien wie die künstliche Intelligenz. Neuronale Netze (insbesondere die CNN, Convolutional Neural Networks) sollen im Vorfeld mit mehreren Tausenden von Produktbildern trainiert werden und danach selbst erkennen, ob ein bestimmtes Produkt die Qualitätskriterien erfüllt und im Verpackungsprozess weiterbearbeitet wird. Bis zur Markteinführung müssen sich die Kunden noch etwas gedulden: Ralf Schubert kündigte auf der Hausmesse an, dass der erste Prototyp auf der Interpack 2020 vorgestellt wird.

Die auf der Hausmesse vorgestellten Lösungen greifen in die Schubert-Strategie, Schnittstellen zu verringern. Der Automatisierungsspezialist setzt dabei weiterhin auf eigene Entwicklungen und zeigt, dass die Schlüsseltechnologien nicht immer nur aus dem Silicon-Valley kommen müssen.

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