In seiner über hundertjährigen Firmengeschichte hat sich die vom Multitalent Richard Steiff, dem Erfinder des beweglichen Teddybären gegründete Alligator Ventilfabrik, durch wegweisende Entwicklungen im Bereich der Ventiltechnik – wer kennt nicht das Blitzventil – einen Namen gemacht. Nach dem Verkauf der Marke Alligator und dem dazugehörigen Produktgeschäft entstand im Jahr 2020 aus dem verbliebenen Unternehmenspart das Start-up Aigo-Tec.

Das junge Unternehmen mit der langen Tradition verfügt natürlich nach wie vor über eine ausgewiesene Expertise im Bereich der Ventiltechnik. Darüber hinaus positionieren sich die Schwaben erfolgreich als Entwicklungs- und Produktionspartner für sicherheitsrelevante Bauteile aus Metall, Gummi und Kunststoff. Die Kunden kommen aus anspruchsvollen Branchen von Automotive über Elektronik bis hin zu Medizin und Pharma.

Roboterautomation ist angesagt

In seiner Fertigung setzt Aigo-Tec konsequent auf hochflexible Automation. Zum einen will man damit das altersbedingte Ausscheiden von Produktionsmitarbeitern kompensieren, zum anderen soll diese Strategie ein Höchstmaß an Qualität und Kosteneffizienz gewährleisten. Dazu Steffen Schiessle, Maschinenbautechniker und Produktionsleiter am Standort Giengen: „Wir favorisieren hier im Werk eine sehr hohe Fertigungstiefe und haben damit einhergehend noch eine Vielzahl von manuellen Tätigkeiten, die sich für eine Roboterautomation anbieten. Mit einer Reihe geplanter Automatisierungsmaßnahmen wollen wir die Mitarbeiter substituieren, die in nächster Zeit in Rente gehen und eine gewisse Unabhängigkeit vom Fachkräftemangel erreichen.“

Zudem übernimmt Aigo-Tec unterschiedliche Aufträge sowohl im Klein- als auch im Großserienbereich, bei denen die Flexibilität der Automation eine entscheidende Rolle spielt. Dabei sind natürlich Roboter ebenfalls erste Wahl. Wie solche Lösungen in der Praxis aussehen, zeigt sich an zwei Roboterzellen für die Vormontage von Restdruckhalteventilen, die in Luftfahrwerken von Premiumfahrzeugen zum Einsatz kommen. Aigo-Tec, der Erfinder dieser Ventiltechnik, hat eine neue Produktgeneration entwickelt, die durch kompaktere Ausmaße, geringere Restdruckstreuung, höheren Durchfluss und niedrigeren Geräuschpegel überzeugt.

Effiziente Automation statt monotoner Handarbeit

Während der komplette Vormontageprozess in der Vergangenheit in Handarbeit erfolgte, übernehmen das heute zwei baugleiche Stäubli Sechsachsroboter in zwei Automatisierungszellen. An der ersten Zelle übernimmt ein kompakter Stäubli Sechsachsroboter vom Typ TX2-60L, die Version also mit größerer Reichweite von 920 Millimetern, die Vormontage des Kolbenkörpers. Die drei Komponenten Kolbenkörper, Kolbendichtung und O-Ring werden dem Roboter von drei Flexfeeder präsentiert. Über den Vibrationsförderern ist ein Cognex Visionsystem montiert, das dem Roboter die Positionsdaten für das Greifen der einzelnen Komponenten übermittelt.

Um die anspruchsvolle Montageaufgabe innerhalb der Taktzeitvorgabe ausführen zu können, ist der Stäubli Sechsachser mit einem Dreifachgreifer ausgestattet. Im ersten Schritt greift der Roboter mit dem Vakuumgreifer eine Kolbendichtung und legt sie auf der Montagevorrichtung ab. Danach holt er sich in einem Durchlauf einen Kolbenkörper und einen O-Ring und montiert nacheinander die beiden Komponenten mit höchster Präzision.

Dabei beeindruckt der geschmeidige Bewegungsablauf, mit dem der TX2-60L hier zu Werke geht ebenso wie die dazu erforderliche Programmierleistung. Zur Ablage der vormontierten Teile stehen drei KLT-Behälter mit einem Fassungsvermögen von jeweils 1.000 Teilen an drei unterschiedlichen Positionen zur Verfügung. Damit erreicht die Zelle eine hohe Autonomie.

Montage mit hohen Anforderungen an die Präzision

Die abschließenden Vormontageschritte finden an Roboterzelle Nummer zwei statt. Hier ist ebenfalls ein TX2-60L Herr der Montage und auch hier sorgen drei Flexfeeder für die Bereitstellung der Teile: In diesem Fall handelt es sich um den vormontierten Kolbenkörper, eine Feder und ein Gehäuse. Die Montage dieser drei Komponenten stellt ebenfalls hohe Ansprüche an die Präzision. Zunächst holt der Sechsachser mit seinem Dreifachgreifsystem, bestehend aus zwei mechanischen und einem Vakuumgreifer, alle drei Bauteile nacheinander von den Feedern ab.

Mit dem vollständig bestückten Greifer fährt der Roboter jetzt unter ein Kamerasystem. Hier erfolgt die Positionsbestimmung des Gehäuses im Greifer als Voraussetzung für ein lageorientiertes Ablegen des Gehäuses auf einer Nebenstation. Im nächsten Step setzt der Roboter Kolbenkörper und Feder in die eigentliche Montagestation ein, fährt zurück zur Nebenstation, nimmt ein ausgerichtetes Gehäuse auf, befettet dieses an einer speziellen Station und komplettiert das Gehäuse mit dem Kolbenkörper und der Feder. Nach einer abschließenden Funktionsprüfung legt der Roboter das vormontierte Bauteil wieder in KLT-Behältern ab. Damit ist die Vormontage abgeschlossen und die Teile werden noch manuell zur Endmontagelinie transportiert.

24/7 erfordert maximale Verfügbarkeit

Die beiden Stäubli Roboter erreichen einen Output von über 130 vormontierten Gehäusen für die Restdruckhalteventile in der Stunde und das im Dreischichtbetrieb an sieben Tagen in der Woche. „Ausfälle können wir uns hier nicht leisten. Deshalb setzen wir in beiden Zellen nur hochleistungsfähige Komponenten ein, im Falle der Roboter fiel unsere Wahl auf Stäubli. Neben der hohen Verfügbarkeit waren aber auch die Präzision, der geringe Wartungsaufwand und die langen Serviceintervalle weitere Gründe für diese Entscheidung“, betont Steffen Schiessle.

Durch den Einsatz der beiden Zellen mit den hochdynamischen Robotern konnte Aigo-Tec die Produktionskapazität der Restdruckhalteventile – die Vormontage fand in der Vergangenheit ausschließlich manuell statt – um rund 400.000 Stück im Jahr erhöhen. Dieses Ergebnis erfüllt nicht nur die hochgesteckten Ziele, es trägt auch entscheidend zu der kurzen Amortisationszeit der Investition bei. Weiterer Vorteil: Die Zellen sind modular ausgestattet und die beiden Roboter in puncto Traglast und Reichweite so gewählt, dass sich diese Automatisierungslösung jederzeit an neue Applikationen anpassen lässt.

„Das Gute daran ist, dass wir für etwaige Umstellungen oder Anpassungen nicht auf fremde Hilfe angewiesen sind. Wir haben sehr viel Know-how im eigenen Haus, was uns eine hohe Flexibilität sichert. Auch diese Automation mit den beiden Roboterzellen haben wir inhouse konstruiert und samt der kompletten Elektroinstallation, dem Schaltschrankbau bis hin zu Details wie einem 3D-gedruckten Greifer realisiert. Selbst die Programmierung und Wartung der Anlage übernehmen wir in Eigenregie. Und wenn wir doch einmal eine Frage haben, steht der Stäubli Support zuverlässig an unserer Seite“, so Steffen Schiessle abschließend.

Bei der in Brendola bei Vicenza beheimateten TPA handelt es sich um einen hochqualifizierten und spezialisierten Zulieferbetrieb, wie er für Norditaliens Industrie typisch ist. Der Großteil seiner Kunden produziert Anlagen der Kälte-/ Heizungstechnik. Für sie fertigt TPA unter anderem kundenspezifische Rohrwärmetauscher, auf Wunsch auch einbaufertig mit Anschlüssen, Ventilen oder Gehäusen. Das heißt: Viele unterschiedliche Produkte müssen gefertigt, viele Prozesse beherrscht werden. Flexibilität ist Pflicht und höchste Produktivität unabdingbare Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit in einem qualitäts- und kostenbewussten Marktumfeld.

Geschäftsführer Renato Cervellin: “Wir fertigen zumeist kleine bis mittlere Serien und verarbeiten dabei Metallrohre und -profile. Mit unserem großen Maschinenpark können wir viele Bearbeitungsverfahren abdecken. Unser Kundenversprechen lautet: Wir liefern hochwertige kundenspezifische Bauteile auch jenseits des Standards, die nicht nur höchste Ansprüche an Technik und Qualität erfüllen, sondern auch ästhetisch überzeugen.”

Das Verfahren der Wahl: automatisiertes Laserschweißen

Unter diesen Voraussetzungen wollte das Unternehmen einen Produktivitätssprung machen und das Laserschweißen ins Prozess-Portfolio auf-nehmen. Renato Cervellin: „Wir wünschten ein vielseitiges und effizien-tes System, das sich für das Schweißen von Komponenten sehr unter-schiedlicher Formgebung und Größe eignet – und wir waren sicher, dass nur ein hoch automatisiertes, roboterbasiertes Laserschweißsystem diese Anforderung erfüllen kann.“

Mit diesem Konzept wandte sich TPA an L-Peak – ein Unternehmen, das über umfassende Erfahrung in der Anwendung von Lasertechnologien in verschiedenen Branchen verfügt. Stefano Dalla Veccchia, Mit-Gründer und Geschäftsführer von L-Peak: „Die Vorstellung von TPA war klar umrissen: ein Schweißroboter, der in zwei unabhängigen Zellen arbeiten kann.“ Der Vorteil dieses Konzeptes liegt auf der Hand: Während der Roboter in der einen Zelle schweißt, kann in der anderen Zelle schon das nächste Werkstück vorbereitet werden. Das führt zu einem Maximum an Produktivität mit so gut wie keiner separaten Rüstzeit.

Der Roboter: ein Stäubli TX2-160L mit siebter Achse

Zu dieser Zeit hatte L-Peak bereits eine breite Palette von laserbasierten Automatisierungslösungen entwickelt und produziert, ebenso eine Schweißzelle mit Roboter. Eine Laserschweiß-Roboterzelle war aber ein Novum. Für diese Premiere entschied sich das Unternehmen für die Zusammenarbeit mit Stäubli Italien und für den Einsatz eine sechsachsigen TX2-160L – das L steht für „long reach“ – mit einem leistungsfähigen und hochwertigen Laserschweißkopf.

Warum Stäubli? Stefano Dalla Vecchia: „Stäubli ist eine Premium-Marke in der Welt der Robotik. Weil wir mit den Premium-Anbietern in unserem Markt in Wettbewerb treten, verwenden wir auch Premium-Kernkomponenten.“ Weitere Gründe für die Entscheidung für Stäubli waren die Präzision des Roboters und seine große Reichweite: „Mit seinem langen Arm ist der Roboter in der Lage, den Laserkopf mit hervorragender Präzision und Wiederholgenauigkeit um das Werkstück herum zu bewegen. Das ist ganz entscheidend, wenn man einen wiederholbaren und effizienten Laserschweißprozess mit perfekten Schweißnähten sicherstellen will.“ 

Weil der Roboter über eine zusätzliche Linearachse verfahren kann, die Stäubli gleich mitgeliefert hat, kann er Werkstücke in zwei separaten, nebeneinander liegenden Zellen schweißen. Das bietet einen entscheidenden Vorteil: In die Trennwand ist eine Tür eingebaut, die bei Bedarf geöffnet wird, um sehr lange Bauteile zu schweißen. Renato Cervellin: „Dieses wirklich einzigartige Layout erlaubt eine hohe Flexibilität und kurze Vorlaufzeiten.“

Einfache Programmierung von Roboter und Drehtischen

Diese Flexibilität wird nicht durch aufwändige oder komplizierte Programmierarbeiten erkauft – im Gegenteil. Stefano Dalla Vecchia: „Die Programme werden direkt am Werkstück erstellt. Mit PC und Joystick führt der Bediener die Bewegungen aus. Wenn alles passt, muss er nur noch das Werkstück spannen und den automatischen Arbeitszyklus starten.“  Das vereinfacht die Anpassung des Roboters an die jeweilige Aufgabe ganz erheblich – auch dann, wenn die Anwendung hohe Anforderungen an Präzision, Geschwindigkeit oder Komplexität stellt.

Ein weiteres Merkmal vereinfacht ebenfalls die Bedienung und Programmierung: „Da wir einen Ethercat-Master verwenden, kommen wir ohne SPS für den Drehtisch und andere Funktionen in der Zelle aus. Stattdessen wird die Zelle und auch die siebte Achse vom Robotercontroller gesteuert.“ Der Bediener kann also alle Abläufe in der Zelle über die Robotersteuerung verwalten, und alle Daten befinden sich an einem Ort – mit dem zusätzlichen Vorteil eines OPC UA Data-to-Cloud-Transfers.

Gute Zusammenarbeit bei Engineering und Installation

Während der Installation und Inbetriebnahme der Zelle Anfang 2024 arbeiteten alle drei Parteien eng zusammen. Nicht nur die „Hardware“ entstand komplett bei L-Peak, sondern auch die Programmierung der Software – obwohl diese wirklich anspruchsvolle Schweißstation ja das erste robotergestützte Laserschweißprojekt von L-Peak war.

Renato Cervellin: „Nach der Installation der Schweißstation haben uns L-Peak und Stäubli bei den ersten ´Jobs´ gut unterstützt. Deshalb konnten wir die Zelle von Beginn an voll nutzen. Stäubli bietet zwar einen Online-Service an, den wir aber bisher nicht nutzen mussten.“

Perspektiven für die Zukunft

Bis jetzt und vom Start weg hat sich die Doppelzelle für das automatisierte Laserschweißen als sehr effizient erwiesen. Renato Cervellin: „Das System erfüllt unsere Erwartungen. Wir sind jedoch weiterhin in Kontakt mit L-Peak und besprechen mögliche Ergänzungen oder Verbesserungen, die die Anlage noch effizienter machen könnten.“

Stefano Dalla Vecchia zeigt einige Perspektiven auf: „Wir werden eine neue Funktion einführen, die die Flexibilität noch weiter erhöht. Und wir planen, nicht nur mit Joystick und PC zu programmieren, sondern auch weitere Möglichkeiten zu nutzen, um komplexere Teile und Schweißkonstruktionen mit Kurven und speziellen Oberflächen präzise bearbeiten zu können.“

Aber auch schon jetzt sind Renato Cervellin und sein Team bei TPA vollständig zufrieden mit dem neuen Stäubli Schweißroboter und seiner Doppelzelle: „Im Vergleich zum traditionellen Schweißen sind wir deutlich schneller. Aufgrund der Präzision des Roboters erzeugen wir eine viel sauberere und konstantere Naht und selbst bei langen Schweißnähten gibt es keine Verformung des Werkstücks.“

Vor Weihnachten und anderen Feiertagen geht es rund bei der Friweika eG – im wahrsten Sinne des Wortes. Dann produziert das Unternehmen Tag für Tag bis zu 180.000 gerollte Klöße. Und das ist nur ein kleiner Teil des Produktspektrums, zu dem unter anderem auch Kloßteig (bis zu 90.000 kg pro Tag) sowie Bratkartoffeln zum Fertigbraten, Kartoffelgratin und weitere Halbfertigprodukte auf Kartoffelbasis gehören. 

Rund 350 Beschäftigte sind bei der 1970 gegründeten Friweika – die Abkürzung steht für „Frische Weidensdorfer Kartoffeln“ – in Westsachsen tätig. Die Produktion ist, wie bei diesen Mengen nicht anders zu erwarten, hoch automatisiert. Weil – Stichwort Convenience – fertig geformte Klöße ein stark wachsendes Produktsegment sind, stand das Unternehmen vor der Aufgabe, die Leistung in diesem Fertigungsbereich zu steigern. 

Diese Aufgabe gingen die Verantwortlichen gemeinsam mit KRÖNING-Automation in Dohna an, einem Spezialisten für die Automatisierung in der Lebensmittelproduktion, der in der Vergangenheit bereits mehrere Produktionsanlagen für Friweika projektiert hat.

Premiere: Roboter übernehmen Verpacken von Kartoffelklößen

Mit der neu entstandenen Produktionslinie setzen die KRÖNING Spezialisten Maßstäbe in mehrerlei Hinsicht. Die Anlage baut vergleichsweise kompakt, erreicht einen hohen Output und überzeugt mit einem Hygienekonzept auf höchstem Niveau, bei dem Stäubli Stericlean-Roboter zum Einsatz kommen, die selbst für aseptische Produktionsbereiche in der Pharmaindustrie zugelassen sind.

Aber dazu später mehr. Zunächst startet der Produktionsprozess mit dem Abwiegen des Kloßteigs: Rund 100 Gramm wiegt ein Kloß. Nach dem Portionieren wird er in Form gebracht (gerollt) und in Richtung Verpackung gefördert. Parallel dazu produziert die zugehörige Verpackungslinie die Blister mit den Kavitäten für vier oder acht Klöße. Der letzte Schritt ist dann das Befüllen der Blister mit den Klößen, das auf zwei parallelen Linien erfolgt.

Hier haben die Automatisierungsexperten von KRÖNING ein kluges Konzept realisiert: Die Klöße werden beim Verpacken nicht berührt. Dazu Inhaber Marcus Kröning: „Ein Roboter greift den Blister und hält ihn schräg so ans Ende des Förderbandes, dass die vereinzelten Klöße exakt in die Ausnehmung fallen. Der Roboter muss je nach Blistervariante vier oder zehn Mal seine Position anpassen, ehe der Blister gefüllt ist. Im nächsten Schritt stehen das Verschließen des Blisters sowie der Weitertransport zur Sekundärverpackung auf dem Programm.“

Einer der großen Vorteile dieser Lösung: Die Robotergreifer kommen nicht in direkten Kontakt mit den Klößen. Das ist gut für die Roboter, da keine Teiganhaftungen an den Greifern entstehen, aber auch gut für die Klöße, die berührungslos von den Robotern quasi gefangen werden und damit auch keine Druckstellen durch mechanische Greifprozesse bekommen können.

160 Klöße pro Minute – hygienegerecht verpackt

So werden bis zu 160 Klöße pro Minute verpackt. Damit dieser Vorgang kontinuierlich, d.h. ohne Pufferzone und ohne Verzögerung beim Wechseln der Blister, erfolgen kann, arbeiten an jeder Linie zwei Roboter im Team. Während der eine die gefüllte Verpackung auf dem Band in Richtung Verschließstation absetzt, hat der zweite einen leeren Blister gegriffen und der erste Kloß hat schon seinen Platz in der Verpackung gefunden.

Dass in einer solchen Produktionsumgebung Roboter zum Einsatz kommen, ist nicht selbstverständlich. Marko Wunderlich, Vorstandsmitglied von Friweika: „Wer auch nur einmal Kartoffelklöße selbst gemacht oder verarbeitet hat, der weiß: Kloßteig ist extrem klebrig. Das liegt am hohen Stärkegehalt. Deshalb müssen wir unsere Anlagen häufig und extrem gründlich reinigen, damit unsere hohen Ansprüche an Hygiene immer und überall in der Produktion erfüllt werden.“

Kein Widerspruch: Höchste Hygienestandards und Roboter

Diese Ansprüche sind so hoch, dass Friweika Roboter und Greifer nicht mit den in der Lebensmittelproduktion üblichen Reinigungsmitteln einschäumt und anschließend abspritzt. Vielmehr kommt hier Wasserstoffperoxid (H2O2) zum Einsatz, das eigentlich eher in nochmals sensibleren Sterilprozessen der Pharmaproduktion zur Anwendung kommt. Weil H2O2 auch Oberflächen angreift, sind die voll VHP-resistenten Stericlean-Roboter vom Typ TX2-90 mit ihren speziell behandelten Oberflächen die richtige, aber auch die nahezu einzig mögliche Wahl.

Die vollgekapselte Kinematik mit abgedichteter vertikaler Kabelführung und der Einsatz von lebensmittelverträglichem Öl der Klasse NSF H1 zeigen ebenfalls, dass diese Roboter von Grund auf für hygienisch anspruchsvolle Anwendungen in der Food- und Life-Science Branche entwickelt wurden.

Abgesehen von der Einhaltung höchster Hygienestandards haben KRÖNING und Friweika generell die richtige Wahl getroffen: Denn Stäubli Roboter zeichnen sich durch dauerhaft hohe Präzision bei gleichzeitig beeindruckender Dynamik aus. Das Beste dabei: Die Roboter erreichen auch unter Einsatz lebensmittelverträglicher Schmierstoffe ihre volle Performance und müssen nicht mit gedrosselter Leistung betrieben werden.

Eine hohe Fertigungstiefe mit eigenen Präzisionsgetrieben sowie eine kompakte Bauweise sind weitere Konstruktionsmerkmale. Marko Wunderlich: „Auch das war uns wichtig – der Platz im Nassbereich der Kloßabfüllung ist begrenzt.“

Alles in allem ermöglicht die robotergestützte Verpackungslinie, die ohne direkten Kontakt von Roboter und Kartoffelkloß auskommt, eine hochdynamische und präzise Produktion. Neben der garantierten Einhaltung strengster Hygienestandards bietet sie aus Anwendersicht eine gesteigerte Produktivität und durchwegs gleichbleibende Produktqualität.

Text: Ralf Högel

„Es freut uns sehr, dass der TX2-200 die Erwartungen der Anwender und unserer Partner in unterschiedlichsten Anwendungen erfüllt. Wie zunächst bei Standardapplikationen überzeugt der Roboter jetzt auch in HE- und Stericlean-Ausführung in hygienesensiblen und aseptischen Applikationen der Life Sciences und Lebensmittelbranche“, so Peter Pühringer, Managing Director, Stäubli Robotics Bayreuth.

Wirklich überraschend ist dieser Erfolg nicht, baut doch der TX2-200 auf der technischen Basis des bewährten Vorgängers TX200 auf. Und war dieser Roboter bereits best-in-class, wartet der Neue in nahezu allen Bereichen mit weiteren Verbesserungen auf. Ein Beispiel: Im Vergleich zum Vorgänger ist das Tragvermögen des TX2-200 um über 30 Prozent – von 130 auf jetzt 170 kg – gestiegen, in der Ausführung mit langem Arm sind es gar knapp 40 Prozent, konkret von 80 auf nunmehr 110 kg. Die Reichweite in Standardausführung beträgt 2.209 mm, mit langem Arm sind es 2.609 mm.

Sicherheitsfeatures auf dem neuesten Stand

Eine weitere Besonderheit des Roboters liegt in seiner überarbeiteten Sicherheitstechnik. Der TX2-200 verfügt über die neuesten Sicherheitsfunktionen. Diese erfüllen die strengen Anforderungen der Sicherheitskategorie SIL 3/PL e und garantieren somit ein Höchstmaß an Sicherheit. Somit steht einem Einsatz in verschiedenen Ebenen der Mensch-Maschine-Kollaboration ohne durch Schutzzäune getrennte Arbeitsbereiche nichts im Wege. So können Hersteller hocheffiziente Produktionskonzepte ohne Einschränkungen realisieren.

Nachhaltiger und effizienter als je zuvor

In Sachen Nachhaltigkeit und Energieeffizienz stellt der TX2-200 seinen Vorgänger ebenfalls in den Schatten. So ist es den Entwicklern gelungen, den Energieverbrauch des großen Sechsachsers im Betrieb um 10 Prozent zu senken, im Standby-Modus sind es sogar bis zu 40 Prozent. Damit spielt der TX2-200 in einer eigenen Liga, denn das Einsparpotenzial im Vergleich zu Robotern anderer Hersteller fällt noch einmal deutlich signifikanter aus. Mit diesem best-in-class-Energieverbrauch lassen sich jährlich je nach Vergleichsmodell Kosten in Höhe von 1.500 bis 5.750 Euro einsparen, was einer CO2-Reduktion von 3 bis 13 Tonnen entspricht.

Hinzu kommen viele weitere Verbesserungen, sei es im Hygienedesign, in der Antriebstechnik, im Bereich der Abdichtung, in der Sicherheitstechnik, bei den eingesetzten Werksoffen bis hin zum Controller, der jetzt um 40 Prozent kleiner ausfällt. Aufgrund seines wegweisenden Hygienedesigns, seiner Sicherheitsfeatures und seiner mechanischen Qualitäten ist dieser Roboter ein echter Alleskönner, der unter Umgebungsbedingungen von rau bis superclean überzeugen kann.

„Mit diesem Roboter können wir unseren technologischen Vorsprung weiter ausbauen. Der Sechsachser ist dank seiner fortschrittlichen Sicherheitsausstattung, seines Hygienedesigns und seiner mechanischen Qualitäten ein hochflexibler Produktivitätsgarant in klassischen sowie in digital vernetzten Umgebungen. Mit diesen Features erlaubt er zudem die Realisierung besonders platzsparender Zellendesigns“, betont Peter Pühringer.

Steigerung der Jahresproduktion von sechs Millionen Tonnen in 2016 auf knapp neun Millionen Tonnen in 2022: Mit einer solchen Zuwachsrate würde jedes produzierende Unternehmen zufrieden sein. Aber das Produkt, um das es geht, wird nicht industriell hergestellt, sondern geerntet: Die Rede ist von Avocados, und diese Steigerung ist ziemlich einzigartig in der Obst- und Gemüsewelt. Deutschland hat übrigens im Jahr 2023 rund 157.800 Tonnen Avocados importiert – fünfmal so viel wie zehn Jahre zuvor.

Weil Avocados nicht nur als Frucht verzehrt, sondern auch in Salaten und Bowls gegessen sowie zu Dips und Guacamole verarbeitet werden, entsteht bei solchen Mengen rasch die Frage nach der Automatisierung. Konkret entstand sie bei einem britischen Unternehmen, das u.a. Avocado-Toasts produziert. Weil das Schälen bzw. Auslöffeln einer Avocado eine ungesunde Drehbewegung der Hand erfordert, klagten die Mitarbeiter über Gelenkbeschwerden.

Erster Schritt: manuelles Schälen und Entsteinen

Das Unternehmen richtete die Frage an die Kronen GmbH in Kehl am Rhein – ein naheliegender Adressat, denn das Unternehmen ist weltweit bekannt als Spezialist für Anlagen, die Gemüse, Salat und Obst verarbeiten, das heißt unter anderem schneiden, schälen, entkernen, waschen, trocknen, entkeimen oder verpacken.

Die Kronen-Ingenieure lösten die Aufgabe, indem sie einen Schäldraht entwickelten, der auf einer Halterung fixiert ist. Der Anwender streift die halbierte Avocado in einer linearen Bewegung, ohne Drehung der Hand, über den Draht – und schon sind Schale und Fruchtfleisch getrennt, ebenso einfach wie wirkungsvoll. Diese Lösung wurde ins Programm aufgenommen und um den ebenfalls manuellen Arbeitsschritt des Entsteinens erweitert. Die Frucht wird dabei komplett halbiert, inklusive Stein.

Zweiter Schritt: Der Roboter übernimmt

Der zweite Schritt war dann durchaus mutig: Der Prozess sollte erstmals vollständig automatisiert werden. Wer auch nur einmal eine Avocado geschält hat, kann die Herausforderung ermessen. Die Schale ist nicht glatt, die Frucht empfindlich und ihre Härte bzw. ihr Reifegrad sehr unterschiedlich.

Eben wegen der Komplexität der Aufgabe wurde das Projekt mit den Mitteln des ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) gefördert. Das Ergebnis hat Kronen erstmals auf den Fachmessen Fruit Logistica 2024 sowie auf der Anuga FoodTec 2024 präsentiert: eine kompakte Roboterzelle, die Avocados entsteint und schält.

Die Herausforderung: Wie greift man Avocados?

Von außen ist nur eine Aufnahmeschale zu sehen, in die der Bediener die Frucht einlegt. Über ein Transportband gelangt sie zur Messstation. Sie liefert dem Stäubli Roboter die Daten, die für ein ebenso schonendes wie sicheres „Zupacken“ nötig sind. Sein Vakuumgreifer wurde von einem Partner im ZIM-Projekt, dem Deutschen Institut für Lebensmitteltechnologie, kurz DIL, entwickelt. Er ist mit flexiblen Silikon-Einlagen ausgekleidet und ermöglicht es dem hygienegerechten Stäubli Roboter, die komplette Frucht schnell und gleichzeitig schonend in die Entsteinstation einzulegen. Hier fahren zwei Messer aufeinander zu, durchschneiden das Fruchtfleisch und klemmen die Avocado mittig am Stein.

Nun kann der Roboter durch eine Drehbewegung die eine Hälfte der Avocado vom Stein lösen. Diese Hälfte streift er über den Schäldraht und folgt dabei der Bahn, die sich aus den Daten der Vermessung am Eingang der Roboterzelle ergibt. Das Fruchtfleisch fällt in einen Ablagebehälter, die Schale lässt der Roboter in einen Abfallbehälter fallen. Die von Kronen entwickelten Werkzeuge und Verfahren, die der Roboter zum Entsteinen und Schälen von Avocados einsetzt, sind mittlerweile patentiert.

400 Avocados pro Stunde – geschält vom hygienegerechten Roboter

Anschließend wird die Entsteinstation um 180° gedreht und der Roboter schält mit der gleichen Bewegungsabfolge die zweite Avocado-Hälfte. Der noch zwischen den Messern fixierte Stein wird ausgeworfen, und der Vorgang ist abgeschlossen. Auf diese Weise können 400 Avocados pro Stunde verarbeitet werden – automatisiert, voll hygienisch.

Die Auswahl des Roboters fiel den Projektingenieuren leicht. Der TX2-60 von Stäubli in HE-Ausführung (für „Humid Environment“) bietet die erforderliche Geschwindigkeit und Präzision, die beim konturgenauen Bewegen der Avocado über das Schälmesser erforderlich ist. Zudem widersteht dieser Roboter – und das macht den Unterschied zu Standardmaschinen – dem in der Lebensmittelindustrie üblichen Reinigungsprocedere. Dafür sorgen u.a. eine spezielle Oberflächenbeschichtung und die innere Druckbeaufschlagung. Deshalb kommen die überaus langlebigen HE-Roboter von Stäubli in der gesamten Lebensmittelindustrie zum Einsatz – selbst unter höchsten Hygieneanforderungen.

Als weitere Pluspunkte der Stäubli Sechsachsroboter nennt Benjamin Keske, Projektmanager bei Kronen, die einfache Programmierbarkeit und die umfassende Kommunikation zwischen der Robotersteuerung und der Master-SPS. Nach einer Schulung bei Stäubli haben ein Kollege und er die Programmierung mit VAL 3 selbst übernommen: „Wir haben schon während der Schulung ein Programm aufgebaut, dessen Grundlagen wir verwenden und anpassen konnten.“

Großes Interesse, schnelle Amortisation

Nach der Präsentation des ersten Prototypen auf der Homepage und „live“ auf der Fruit Logistica sowie auf der Anuga FoodTec gab es gute Resonanz von Unternehmen, die Avocados verarbeiten. Benjamin Keske: „Wir haben Anfragen aus Australien, Mexiko, Neuseeland und den USA. In den Niederlanden ist aktuell eine Testmaschine im Einsatz, die zuvor auch bereits bei einem Kunden in Großbritannien getestet wurde.“

Für das starke Interesse gibt es gute Gründe: Das robotergestützte Schälen und Entkernen sorgt für eine ansprechende Optik des Fruchtfleisches, und das präzise Schälen entlang der Kontur gewährleistet eine gute Ausbeute. Weiterer Vorteil: Beim automatischen Schälen wird der Stein der Avocado nicht durchtrennt. Und auch der kommerzielle Aspekt spricht für den Einsatz der Robotik: Basierend auf Anwenderdaten amortisiert sich die Anlage in etwas mehr als einem Jahr.

Weiterentwicklung: Zellen mit zwei und drei Robotern

Parallel zum Einstieg in die Vermarktung mit Kundentests entwickeln die Kronen-Ingenieure das neue Anlagenkonzept noch weiter. Benjamin Keske: „Wir arbeiten aktuell an einer Anlage mit zwei Robotern, die doppelten Output bietet.“ Die beiden Roboter arbeiten parallel. Sie versorgen zwei Messer-/ Entsteinstationen, und der Bediener legt jeweils zwei Früchte ein. Ebenso in Arbeit ist eine weitere und größere Zelle mit drei hygienegerechten Stäubli Robotern, die arbeitsteilig unterwegs sind. Sie entsteinen und schälen bis zu 1.000 Avocados pro Stunde. Ein weiteres Projekt betrifft die Automatisierung der vor- und nachgelagerten Schritte unter Verwendung eines Bildverarbeitungssystems, an dem derzeit gearbeitet wird. Solche Features werden den Amortisationszeitraum abermals verkürzen.

Erweiterbare Lösung

Darüber hinaus, so Benjamin Keske, ist die Roboterzelle beliebig erweiterbar. Wenn die geschälten, halbierten Avocados im nächsten Schritt noch in Scheiben geschnitten werden sollen, kann das zum Beispiel mit der Bandschneidemaschine GS 10-2 aus dem Kronen-Programm geschehen. Perspektivisch ist auch die Verarbeitung anderer Früchte denkbar – zum Beispiel Kiwis oder kleinere Melonen.

Auch andere Arbeitsgänge sind möglich: „Wir werden dieses Konzept zu einer Plattform ausbauen, um Früchte und Gemüse robotergestützt zu verarbeiten. Das Potenzial ist da.“ Und Stäubli Roboter werden auch hier die präzise Handhabung unter Hygienebedingungen übernehmen.

Im äußersten Süden Bayerns, im malerischen Ort Burgkirchen, hat sich im Jahr 2006 ein kleiner aber feiner Hightech-Sondermaschinenbauer niedergelassen, dessen innovative Automatisierungslösungen schnell internationale Beachtung erfuhren. Mit durchdachten Anlagen gelang es der jungen cts GmbH selbst in anspruchsvollsten Branchen, darunter Automotive, Elektronik, Semiconductor, Life Science und mehr Fuß zu fassen und entsprechende Expertise aufzubauen. Nach kräftigem Wachstum zählt cts heute mehr als 350 Beschäftigte an mehreren Standorten – geblieben ist dem Unternehmen seine Innovationskraft, die es mit dem AutoBaggingTool, kurz ABT, einmal mehr unter Beweis stellt.

Was es mit dem ABT auf sich hat, bringt Alfred Pammer, Prokurist bei cts auf den Punkt: „Beim ABT handelt es sich um eine komplexe Roboterzelle mit zwei reinraumtauglichen Stäubli Sechsachsrobotern, die vollautomatisch die komplette Bag-in-Bag-Verpackung der mit Wafern bestückten FOSB-Behälter übernimmt. Diese wegweisende Lösung ersetzt den zum Teil immer noch in Handarbeit ausgeführten Verpackungsvorgang und bietet dabei ein entscheidendes Plus an Prozesssicherheit, Effizienz und Qualität.“ Um der permanent steigenden Nachfrage nach dieser Lösung gerecht werden zu können, hat cts vor kurzem eine komplette neue, hochmoderne Fertigung aufgebaut.

Im Gegensatz dazu zählt die manuelle Verpackung der bis zu zehn Kilogramm schweren FOSB zu den körperlich sehr anstrengenden Tätigkeiten. Die Beschäftigten müssen zunächst den korrekten Sitz der Wafer in der Box überprüfen, danach kontrollieren, ob die diversen Anbauteile am FOSB richtig montiert wurden und zu guter Letzt die schwierige Verpackung mit innerem und äußerem Beutel erledigen – das alles unter Reinraumbedingungen und in Cleanroom-Anzügen.

Vollautomatisch statt manuell

Wie schnell, einfach und effizient die vollautomatische Verpackung mit den zwei Stäubli Reinraumrobotern vom Typ TX2-160 erfolgt, zeigt sich beim Blick auf die kompakte Komplettzelle von cts, in die alle Komponenten wie Verpackungsstationen, Prüfkammern, Roboter, Visionsysteme, Drucker und dergleichen mehr integriert sind. Bevor die im Normalfall mit 25 Wafern bestückten FOSB ihre Reise durch die insgesamt 15 Stationen der Anlage antreten, werden sie wie in der Halbleiterindustrie üblich per RFID identifiziert. Die erforderlichen Parameter werden vom Host-System via SECS/GEM Schnittstelle abgefragt. Auf Basis der erhaltenen Informationen erfolgen anschließend alle nötigen Prozessschritte.

Zunächst werden die mit den Wafern bestückten Behälter von einem Overhead Hoist Transportsystem, kurz OHT, bereitgestellt und der Anlage über ein Einlaufband zugeführt. Im ersten Schritt steht dann an einer Prüfstation der sogenannte Cross Slot Check an, bei dem die korrekte Lage aller Wafer in der Box überprüft wird.

Im Anschluss daran nimmt der erste Stäubli Sechsachser die FOSB auf und präsentiert sie einem Visionsystem, das die richtige Position der Anbauteile an der Box kontrolliert. Weiter geht es zum Labeling und der anschließenden Qualitätskontrolle des Labels. Beide Prozessschritte übernimmt der TX2-160, indem er den Behälter sicher in der Hand haltend der Labeling- und der BV-Station bereitstellt. Um die Taktzeiten kurz zu halten, erledigt der TX2-160 alle Fahrten mit hoher Dynamik und Präzision.

Ein aufwändiger Prozess: die Bag-in-Bag-Verpackung

Jetzt steht der erste Verpackungsvorgang mit dem inneren Beutel auf dem Programm. Dazu legt der Sechsachser den Behälter an einer vollautomatischen Station ab, in der die Verpackung sowie das Verschweißen des inneren Beutels erfolgt. Als nächste Prozessschritte schließen sich das Falten und Kleben des Überstandes sowie eine Dichtheitsprüfung der Vakuumverpackung an.

Diese Teststation bildet gleichzeitig die Übergabeposition des FOSB von Roboter eins zu Roboter zwei. Während der erste TX2-160 die Box dort zur Prüfung ablegt, holt sie der zweite Sechsachser dort nach erfolgtem Test ab. Anschließend übernimmt Roboter zwei die komplette Handhabung für die Verpackung mit dem äußeren Beutel, bei dem die gleichen Arbeitsschritte auszuführen sind wie beim Verpackungsprozess des inneren Beutels samt weiterem Labeling mit Qualitätscheck des Labels. Zu guter Letzt legt der Roboter die komplett verpackte und geprüfte FOSB auf dem Ausförderband ab.

„Die Anlage gewährleistet nicht nur eine signifikante Qualitätssteigerung sowie eine Erhöhung der Prozesssicherheit, sondern steht auch für einen deutlich erhöhten Output. Pro Monat kann das AutoBaggingTool ABT einen Durchsatz von bis zu 8.000 FOSB erreichen“, so Alfred Pammer. Ein weiterer gewaltiger Vorteil der Anlage besteht darin, dass sie eine Vielzahl an FOSB-Formaten mit unterschiedlichen Anbauteilen handhaben kann. Aufgrund der Flexibilität der Stäubli Roboter und der von cts selbst entwickelten Greiftechnik kann ABT nahezu alle Varianten ohne jedwede Umrüstvorgänge verpacken. Ein Alleinstellungsmerkmal, das Kunden in aller Welt schätzen.

Auch die geforderte Reinraumklassifizierung ISO 6 stellt für die beiden Stäubli Roboter keine Herausforderung dar. Sie erreichen diese Klassifizierung bereits in der Standardausführung. „Wir setzen bei unseren Semiconductor-Anlagen grundsätzlich auf Stäubli Roboter, da sie quasi als Referenz im Reinraum gelten und gleichzeitig äußert präzise und zuverlässig sind. Diese Anlagen laufen vorwiegend in Asien und in weiteren Teilen in aller Welt rund um die Uhr, da können wir uns keine Störungen oder gar Ausfälle leisten“, betont Alfred Pammer.

Über den Stäubli Konzern

Stäubli ist ein weltweit agierender Anbieter von Mechatronik-Lösungen in vier Geschäftsbereichen: Electrical Connectors, Fluid Connectors, Robotics und Textile. Wir sind ein internationaler Konzern, der in 28 Ländern tätig und in 50 Ländern auf 4 Kontinenten vertreten ist. Unsere weltweite Belegschaft von über 6.000 Mitarbeitern setzt sich dafür ein, mit Kunden aus fast allen Industriesparten eine partnerschaftliche Beziehung zu pflegen, um Ihnen umfassende Lösungen und langjährigen Support bieten zu können. Ursprünglich 1892 als kleine Werkstatt in Horgen/Zürich, CH, gegründet, ist Stäubli heute ein internationaler Konzern mit Hauptsitz in Pfäffikon, Schweiz.

Über uns (staubli.com)

Wenn es um hoch produktive, sichere und hygienische Automatisierungslösungen für die Lebensmittelindustrie geht, ist Stäubli Robotics seit Jahrzehnten führend. Das Unternehmen bietet ein umfassendes Portfolio an Hochleistungsrobotern, die sich durch ihr Hygienedesign auszeichnen und auch den gründlichsten Washdown-Prozessen standhalten. Auf der ANUGA FoodTec, die vom 19. bis 22. März in Köln stattfindet, werden Stäubli Spezialisten aus der Lebensmittelindustrie “live” demonstrieren, wie Nahrungsmittelhersteller ihre Produktionslinien automatisieren können und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit in einem Umfeld stärken, das von Faktoren wie Arbeitskräftemangel, Logistikproblemen, steigendem Marktdruck und Herausforderungen in Bezug auf Compliance und Lebensmittelsicherheit geprägt ist.           

Gemeinsam mit Partnern in der Lebensmittelindustrie arbeitet Stäubli weltweit an der Entwicklung von Robotersystemen, die Prozesse in der Primär- und Sekundärverarbeitung automatisieren. Die Roboter kommen bei Aufgaben wie Schneiden, Entbeinen, Portionieren, Verpacken und Palettieren zum Einsatz, ebenso beim Handling von unverpackten Produkten oder von Behältern mit Tiefkühlkost. Bei der Handhabung weicher oder zerbrechlicher Lebensmittel beweisen die Roboter Feinfühligkeit: Sie greifen die Produkte vorsichtig und schonend. Auch bei hohem Arbeitstempo sichern sie eine gleichbleibende Produktqualität.

Hygienegerechtes Design und Washdown-Fähigkeit

Eine zentrale Eigenschaft der lebensmittelgerechten Roboter von Stäubli ist das einzigartige Hygienedesign, das Kontaminationsrisiken minimiert und dazu beiträgt, maximale Sicherheit in diesem sensiblen Anwendungsbereich zu gewährleisten. Zu den Konstruktionsmerkmalen gehören ein vollständig gekapseltes und von innen mit Druck beaufschlagtes Gehäuse in Schutzart IP65 (Handgelenk in IP67) mit glatter Oberfläche und spezieller Beschichtung, innen verlegte Kabel und Anschlüsse sowie das Fehlen von Toträumen, in denen sich Mikroorganismen vermehren könnten. Alle Modelle sind mit lebensmittelverträglichem NSF H1-Öl erhältlich.

Ebenso wichtig ist die Fähigkeit des Roboters, die gleichen Reinigungsverfahren wie die anderen Systemkomponenten durchlaufen zu können. Für diesen Zweck hat Stäubli die „Humid Environment“ (HE) Roboter entwickelt. Sie sind so modifiziert, dass die Prozesssicherheit auch unter Spritzwasserbeaufschlagung sowie unter täglich anfallenden Intensivreinigungen gewährleistet ist. 

Stäubli HE-Roboter haben sich als Benchmark für die sichere Lebensmittelverarbeitung etabliert. Weil hoch beanspruchte Teile aus Edelstahl gefertigt sind, kann auf den Einsatz von Materialien wie Kunststoff oder Kohlefaser verzichtet werden. Das Gehäuse ist mit einer speziellen reinigungsmittel- und korrosionsbeständigen Beschichtung versehen, die eine partikelabweisende Wirkung hat. Es gibt HE-Roboter in unterschiedlicher Größe, Bauart (Vier- und Sechsachser) und Traglast, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Flexible Montageoptionen ermöglichen die einfache Integration in halb- und vollautomatische Produktionslinien.

Roboter „live“ im Einsatz auf der Messe

Stäubli wird auf der ANUGA FoodTec in mehreren Live-Demonstrationen vorführen, wie die hygienegerechten Roboter ganz unterschiedliche Prozesse in der Nahrungsmittelproduktion automatisieren können. Dazu gehört auch die sichere Handhabung von unverpackten Lebensmitteln, einschließlich rohem Fleisch und Backwaren.

In einer der Demozellen werden zwei Stäubli Roboter gezeigt – der mit dem Red Dot Award ausgezeichnete TS2-60 he und ein TX2-60 he –, die mit Hilfe der Conveyor-Tracking-Technologie Hähnchenfleisch und Rindfleisch schneiden und handhaben. Der TX2-60 he schneidet mit einer Wasserstrahleinheit des Schweizer Herstellers Allfi Hähnchenschenkel- und Steakfleisch. Die Fleischstücke werden per Förderband zur nächsten Station transportiert, dort kamerageführt vom TS2-60 he erkannt, gegriffen und in der Verpackung abgelegt.

Ein weiterer Red Dot Award-Gewinner, der SCARA-Roboter TS2-80 he, wird in einer Bäckerei-Demozelle bei der Arbeit zu sehen sein. Diese Zelle ist ebenfalls mit Conveyor-Tracking und mit einer SICK-3D-Kamera ausgestattet. Der Roboter handhabt in Hochgeschwindigkeit Bagels, die er präzise mit einem Softgreifer aufnimmt und in einen Ofen schiebt. Die VALtrack-Software von Stäubli ermöglicht es dem Roboter, die Kameradaten zu verarbeiten und mit hoher Flexibilität unterschiedliche Produkttypen zu handhaben.

Eine dritte Demozelle wird unter Beweis stellen, wie HE-Roboter von Stäubli den Durchsatz maximieren und gleichzeitig die Lebensmittelsicherheit gewährleisten – in einem realistischen Use Case für die Lebensmittelverpackung. Zwei SCARA-Roboter, ein TS2-60 he und ein TS2-80 he werden in einem Multi-Picking-Prozess Schinken handhaben, mit hoher Geschwindigkeit kommissionieren und in Blisterpackungen ablegen.

TX2-200 Sechsachser – erneut modifiziert für die Lebensmittelproduktion

Im vergangenen Jahr hat Stäubli die neue Generation des TX2-200 vorgestellt: einen leistungsstarken, reinraumtauglichen Sechsachser und zugleich das Spitzenmodell der TX2-Serie. Auf der ANUGA FoodTec wird die neue HE-Version des TX2-200 zu sehen sein – entwickelt für die anspruchsvollsten Aufgaben der Lebensmittelproduktion.

Mit einer Tragfähigkeit von bis zu 170 kg und einer Reichweite von 2.209 mm ist der TX2-200 he der größte Roboter der TX2-Serie und die ideale Lösung für die präzise Handhabung schwerer Lasten. Dabei erreicht er dank seiner beeindruckenden Dynamik sehr kurze Zykluszeiten. In puncto Lebensmittelsicherheit überzeugt der Roboter mit den glatten Konturen und der geschlossenen Bauweise des Standardmodells. In der HE-Version ist er ISO Klasse 4-kompatibel und in Schutzart IP67 für den Betrieb in feuchter Umgebung geeignet.

State-of-the-art Safety Features

Ein weiteres Merkmal des TX2-200 ist das verbesserte Sicherheitspaket. Mit den neuen Sicherheitsfunktionen erfüllt der Roboter die strengen Anforderungen von Kategorie SIL3/ Ple. Das garantiert maximale Betriebssicherheit – und es schafft die Voraussetzung dafür, dass der TX2-200 auf verschiedenen Ebenen der Mensch-Maschine-Kollaboration eingesetzt werden kann. Für die Praxis heißt das: Sein Arbeitsbereich muss nicht durch einen Schutzzaun abgegrenzt werden, so dass der Anwender hocheffiziente kollaborative Produktionskonzepte realisieren kann.

Der TX2-200 bietet ein höheres Maß an Sicherheit, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit, und er ermöglicht eine noch schnellere und einfachere Integration. Die kompakte Steuerung CS9 HP in Schutzart IP54 benötigt 40 % weniger Platz als die Vorgängerversion. Der reduzierte Platzbedarf senkt Kosten und sorgt für sichere und ungehinderte Arbeitsabläufe in den Produktionsbereichen.

„Mit dem TX2-200 haben wir unseren Vorsprung gegenüber dem Wettbewerb noch weiter ausgebaut“, sagt Rudolf M. Weiss, Global Head Life Sciences & Food von Stäubli Robotics.

„Dank seiner umfassenden Sicherheitsausstattung, des hygienegerechten Designs und seiner mechanischen Qualitäten ist dieser Sechsachsrobter ein vielseitiger Garant für Produktivität sowohl in klassischen als auch in digital vernetzten Umgebungen."

In der Lebensmittelindustrie steht der Einsatz der Robotik immer dann vor besonderen Herausforderungen, wenn es um die Handhabung unverpackter Lebensmittel geht. Kommt der Roboter direkt mit dem Produkt, in diesem Fall Wurstkalibern, in Kontakt, sind strengste Hygienestandards einzuhalten. Und: Die branchenüblichen, mehrmals täglich anfallenden Desinfektionsprozesse sowie washdown-Intensivreinigungen aller Anlagenteile bedeuten für Standardroboter nahezu unüberwindbare Hürden.

Das wussten auch die Verantwortlichen im Heilbronner Wurstwerk von Kaufland Fleischwaren. Hier sah man auf der einen Seite die großen Vorteile, die sich mit dem Einsatz eines Roboters erschließen lassen würden, gleichzeitig trübten Zweifel an dessen Tauglichkeit die Investitionsentscheidung. Dieter Schäfer, Teamleiter Verpackung bei Kaufland Fleischwaren erinnert sich: „Die Beladung eines Slicers mit 1.500 Millimeter langen und zwölf Kilogramm schweren Wurstkaliber über eine ganze Schicht hinweg zählte bei den Mitarbeitern zu den eher ungeliebten Tätigkeiten. Mit der Umrüstung der Produktion auf noch effizientere Prozesse war diese Arbeit zudem manuell kaum noch zu bewältigen. Der Roboter schien die geeignete Lösung, aber wir waren skeptisch, ob ein Sechsachser unseren Reinigungszyklen dauerhaft standhalten würde.“

Prozesssicherer Robotereinsatz unter Extrembedingungen

Diese Zweifel auszuräumen, machte sich Martina Düngfelder, Local Head of Life Sciences & Food bei Stäubli Robotics, zur Aufgabe: „Die Vorbehalte seitens Kaufland kannte ich aus zahlreichen anderen Projekten. Sie ließen sich aber leicht ausräumen, denn unsere washdown-fähigen HE-Roboter gelten als Referenz für Einsätze unter den genannten Bedingungen und beweisen ihre Beständigkeit unter hygienesensiblen Bedingungen seit rund 15 Jahren.“

Um sich davon selbst überzeugen zu können, begleitete Stäubli die Kaufland-Verantwortlichen zu einigen Referenzprojekten, unter anderem in der Käseindustrie, in der Stäubli Roboter bereits fest etabliert sind und unter strengsten Hygieneanforderungen jahrelang prozesssicher funktionieren. So konnten Zweifel bezüglich Hygienestandards und Widerstandsfähigkeit gegen Intensivreinigungen ausgeräumt werden und Kaufland entschied sich schließlich für die Roboterlösung.

Platzverhältnisse und Greiftechnik als Herausforderung

Mit der bsb robot systems GmbH aus dem Stäubli Partnerprogramm war der passende Anlagenbauer schnell gefunden. Die Aschaffenburger verfügen über reichlich Erfahrung in der Roboterautomation und nahmen sich des Projektes gerne an. Was sich zunächst wie eine simple Aufgabenstellung anhörte – das Abholen von vier Wurstkalibern an definierter Position mit anschließender Übergabe an den Slicer – entpuppte sich bei genauerer Betrachtung als anspruchsvolles Projekt.

Die besonderen Herausforderungen bringt Geschäftsführer Rainer Bonfig auf den Punkt: „Die täglich anfallenden Reinigungsprocedere waren nicht das Problem. Wir wissen, dass die Stäubli HE-Roboter das problemlos abkönnen. Kopfzerbrechen bereiteten uns vielmehr die knappen Platzverhältnisse sowie die Greiftechnik, die die Wurstkaliber sicher und gleichzeitig schonend handhaben sollte.“

Die weltweit erste robotergestützte Slicerbeladung

Da es sich bei Kaufland um die wahrscheinlich weltweit erste Beschickung eines Slicers mit einem Sechsachsroboter handelt, konnte nicht auf bekannte Lösungswege aus vorangegangenen Projekten zurückgegriffen werden. Am einfachsten gestaltete sich die Auswahl des passenden Roboters. Aufgrund der Desinfektions- und washdown-Reinigungsprozesse kam nur ein voll gekapselter, wasserdichter Stäubli HE-Roboter in Betracht. Und die Faktoren Traglast und Reichweite sprachen eindeutig für die Wahl des großen TX200 he, also die speziell gekapselte Humid Environment-Ausführung.

Dieser wandlungsfähige Industrieroboter der Spitzenklasse gehört zu den schnellsten am Markt und setzt Maßstäbe in den Bereichen Hygiene, Robustheit, Dynamik und Präzision. Mit hoher Reinraumtauglichkeit ausgestattet überzeugt der TX200 mit innenliegenden Medien- und Versorgungsleitungen und einem vollständig abgedichteten Gehäuse in Schutzart IP67. Zudem sind Störkonturen und Toträume systematisch minimiert. Das Gehäuse besteht aus korrosionsbeständigen Materialien, so dass dem Roboter weder Desinfektions- noch washdown Intensivreinigungen etwas anhaben können. Zudem ermöglicht dieses Modell wie auch alle anderen Stäubli Roboter den Einsatz von lebensmittelverträglichem NSF H1-Öl, ohne dass es zu Einbußen in Leistung oder Geschwindigkeit kommt.

Konstruktion par excellence: der Greifer

Bei der Greiferkonstruktion kam den bsb-Konstrukteuren ihre jahrzehntelange Expertise im Sondermaschinenbau zugute. Die gefundene Lösung verdient das Prädikat Masterpiece. Die Besonderheit dabei: Um die vorgegebenen Taktzeiten zu erreichen, müssen jeweils vier Wurstkaliber auf einmal gegriffen werden.

Um die Würste bei dem Prozess nicht zu verletzen, hat sich bsb eine spezielle Lösung ausgedacht: „Wir haben einen sogenannten Vierfach-Rollengreifer konstruiert und gebaut, mit dem der Stäubli TX200 Sechsachser an der Übergabeposition unter die vier bereitgestellten Wurstkaliber fährt und diese auf schonende Weise anhebt. Der knapp 80 Kilogramm schwere Greifer ist insgesamt 1.800 Millimeter breit und besitzt für jedes der vier Kaliber vier über einen Zentralmotor angetriebene Rollen. Mit den vier in gleichmäßigem Abstand angeordneten Auflagepunkten sorgen wir für eine sichere Aufnahme und verhindern einen Durchhang der 1.500 Millimeter langen, „biegeschlaffen“ Wurstkaliber“, so Rainer Bonfig.

Um den Slicer zu beladen, steuert der Stäubli TX200 die Übergabeposition präzise an. Ist die endgültige Position erreicht, versetzt der Zentralmotor die Rollen des Greifers in Bewegung. So gelangt die wertvolle Fracht prozesssicher und präzise positioniert in die Slicer-Zuführung. Um ein Durchrutschen der Wurstkaliber auf den 3D-gedruckten Rollen des Greifers zu verhindern, sind diese mit einer feinen Igelkontur versehen, die für die nötige Traktion beim Transport sorgt.

Hoher Output: 6.000 Kilogramm Aufschnitt pro Schicht

Mit dieser weltweit einmaligen Automation erreicht das Heilbronner Fleischwerk von Kaufland einen Output von 12.000 Kilogramm Aufschnitt täglich im Zwei-Schicht-Betrieb. Insgesamt laufen 21 verschiedene Wurstsorten über die Anlage, die in vier unterschiedlichen Aufschnitt-Verpackungseinheiten kombiniert werden und in Deutschland sowie in Osteuropa angeboten werden.

Dieter Schäfer ist nach anfänglichen Bedenken heute vollkommen von der Roboterzelle überzeugt: „Meine Bedenken hinsichtlich der Einhaltung unserer hohen Hygienestandards konnte der Stäubli TX200 he Sechsachsroboter komplett ausräumen. Die Roboterlösung erfüllt auch unsere sonstigen Ziele hundertprozentig. Die Entlastung der Mitarbeiter, das prozesssichere Arbeiten auf engstem Raum, die Steigerung der Produktivität, die hohe Verfügbarkeit, die Widerstandsfähigkeit des Roboters gegen die washdown-Intensivreinigungen, die neuen, spannenden Arbeitsinhalte durch die Robotik – das Projekt ist in allen Punkten ein voller Erfolg.“

Wenn es um hoch produktive, sichere und hygienische Automatisierungslösungen für die Lebensmittelindustrie geht, ist Stäubli Robotics seit Jahrzehnten führend. Das Unternehmen bietet ein umfassendes Portfolio an Hochleistungsrobotern, die sich durch ihr Hygienedesign auszeichnen und auch den gründlichsten Washdown-Prozessen standhalten. Auf der ANUGA FoodTec, die vom 19. bis 22. März in Köln stattfindet, werden Stäubli Spezialisten aus der Lebensmittelindustrie “live” demonstrieren, wie Nahrungsmittelhersteller ihre Produktionslinien automatisieren können und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit in einem Umfeld stärken, das von Faktoren wie Arbeitskräftemangel, Logistikproblemen, steigendem Marktdruck und Herausforderungen in Bezug auf Compliance und Lebensmittelsicherheit geprägt ist.           

Gemeinsam mit Partnern in der Lebensmittelindustrie arbeitet Stäubli weltweit an der Entwicklung von Robotersystemen, die Prozesse in der Primär- und Sekundärverarbeitung automatisieren. Die Roboter kommen bei Aufgaben wie Schneiden, Entbeinen, Portionieren, Verpacken und Palettieren zum Einsatz, ebenso beim Handling von unverpackten Produkten oder von Behältern mit Tiefkühlkost. Bei der Handhabung weicher oder zerbrechlicher Lebensmittel beweisen die Roboter Feinfühligkeit: Sie greifen die Produkte vorsichtig und schonend. Auch bei hohem Arbeitstempo sichern sie eine gleichbleibende Produktqualität.

Hygienegerechtes Design und Washdown-Fähigkeit

Eine zentrale Eigenschaft der lebensmittelgerechten Roboter von Stäubli ist das einzigartige Hygienedesign, das Kontaminationsrisiken minimiert und dazu beiträgt, maximale Sicherheit in diesem sensiblen Anwendungsbereich zu gewährleisten. Zu den Konstruktionsmerkmalen gehören ein vollständig gekapseltes und von innen mit Druck beaufschlagtes Gehäuse in Schutzart IP65 (Handgelenk in IP67) mit glatter Oberfläche und spezieller Beschichtung, innen verlegte Kabel und Anschlüsse sowie das Fehlen von Toträumen, in denen sich Mikroorganismen vermehren könnten. Alle Modelle sind mit lebensmittelverträglichem NSF H1-Öl erhältlich.

Ebenso wichtig ist die Fähigkeit des Roboters, die gleichen Reinigungsverfahren wie die anderen Systemkomponenten durchlaufen zu können. Für diesen Zweck hat Stäubli die „Humid Environment“ (HE) Roboter entwickelt. Sie sind so modifiziert, dass die Prozesssicherheit auch unter Spritzwasserbeaufschlagung sowie unter täglich anfallenden Intensivreinigungen gewährleistet ist. 

Stäubli HE-Roboter haben sich als Benchmark für die sichere Lebensmittelverarbeitung etabliert. Weil hoch beanspruchte Teile aus Edelstahl gefertigt sind, kann auf den Einsatz von Materialien wie Kunststoff oder Kohlefaser verzichtet werden. Das Gehäuse ist mit einer speziellen reinigungsmittel- und korrosionsbeständigen Beschichtung versehen, die eine partikelabweisende Wirkung hat. Es gibt HE-Roboter in unterschiedlicher Größe, Bauart (Vier- und Sechsachser) und Traglast, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Flexible Montageoptionen ermöglichen die einfache Integration in halb- und vollautomatische Produktionslinien.

Roboter „live“ im Einsatz auf der Messe

Stäubli wird auf der ANUGA FoodTec in mehreren Live-Demonstrationen vorführen, wie die

hygienegerechten Roboter ganz unterschiedliche Prozesse in der Nahrungsmittelproduktion automatisieren können. Dazu gehört auch die sichere Handhabung von unverpackten Lebensmitteln, einschließlich rohem Fleisch und Backwaren.

In einer der Demozellen werden zwei Stäubli Roboter gezeigt – der mit dem Red Dot Award ausgezeichnete TS2-60 he und ein TX2-60 he –, die mit Hilfe der Conveyor-Tracking-Technologie Hähnchenfleisch und Rindfleisch schneiden und handhaben. Der TX2-60 he schneidet mit einer Wasserstrahleinheit des Schweizer Herstellers Allfi Hähnchenschenkel- und Steakfleisch. Die Fleischstücke werden per Förderband zur nächsten Station transportiert, dort kamerageführt vom TS2-60 he erkannt, gegriffen und in der Verpackung abgelegt.

Ein weiterer Red Dot Award-Gewinner, der SCARA-Roboter TS2-80 he, wird in einer Bäckerei-Demozelle bei der Arbeit zu sehen sein. Diese Zelle ist ebenfalls mit Conveyor-Tracking und mit einer SICK-3D-Kamera ausgestattet. Der Roboter handhabt in Hochgeschwindigkeit Bagels, die er präzise mit einem Softgreifer aufnimmt und in einen Ofen schiebt. Die VALtrack-Software von Stäubli ermöglicht es dem Roboter, die Kameradaten zu verarbeiten und mit hoher Flexibilität unterschiedliche Produkttypen zu handhaben.

Eine dritte Demozelle wird unter Beweis stellen, wie HE-Roboter von Stäubli den Durchsatz maximieren und gleichzeitig die Lebensmittelsicherheit gewährleisten – in einem realistischen Use Case für die Lebensmittelverpackung. Zwei SCARA-Roboter, ein TS2-60 he und ein TS2-80 he werden in einem Multi-Picking-Prozess Schinken handhaben, mit hoher Geschwindigkeit kommissionieren und in Blisterpackungen ablegen.

TX2-200 Sechsachser – erneut modifiziert für die Lebensmittelproduktion

Im vergangenen Jahr hat Stäubli die neue Generation des TX2-200 vorgestellt: einen leistungsstarken, reinraumtauglichen Sechsachser und zugleich das Spitzenmodell der TX2-Serie. Auf der ANUGA FoodTec wird die neue HE-Version des TX2-200 zu sehen sein – entwickelt für die anspruchsvollsten Aufgaben der Lebensmittelproduktion.

Mit einer Tragfähigkeit von bis zu 170 kg und einer Reichweite von 2.209 mm ist der TX2-200 he der größte Roboter der TX2-Serie und die ideale Lösung für die präzise Handhabung schwerer Lasten. Dabei erreicht er dank seiner beeindruckenden Dynamik sehr kurze Zykluszeiten. In puncto Lebensmittelsicherheit überzeugt der Roboter mit den glatten Konturen und der geschlossenen Bauweise des Standardmodells. In der HE-Version ist er ISO Klasse 4-kompatibel und in Schutzart IP67 für den Betrieb in feuchter Umgebung geeignet.

State-of-the-art Safety Features

Ein weiteres Merkmal des TX2-200 ist das verbesserte Sicherheitspaket. Mit den neuen Sicherheitsfunktionen erfüllt der Roboter die strengen Anforderungen von Kategorie SIL3/ Ple. Das garantiert maximale Betriebssicherheit – und es schafft die Voraussetzung dafür, dass der TX2-200 auf verschiedenen Ebenen der Mensch-Maschine-Kollaboration eingesetzt werden kann. Für die Praxis heißt das: Sein Arbeitsbereich muss nicht durch einen Schutzzaun abgegrenzt werden, so dass der Anwender hocheffiziente kollaborative Produktionskonzepte realisieren kann.

Der TX2-200 bietet ein höheres Maß an Sicherheit, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit, und er ermöglicht eine noch schnellere und einfachere Integration. Die kompakte Steuerung CS9 HP in Schutzart IP54 benötigt 40 % weniger Platz als die Vorgängerversion. Der reduzierte Platzbedarf senkt Kosten und sorgt für sichere und ungehinderte Arbeitsabläufe in den Produktionsbereichen.

„Mit dem TX2-200 haben wir unseren Vorsprung gegenüber dem Wettbewerb noch weiter ausgebaut“, sagt Rudolf M. Weiss, Global Head Life Sciences & Food von Stäubli Robotics.

„Dank seiner umfassenden Sicherheitsausstattung, des hygienegerechten Designs und seiner mechanischen Qualitäten ist dieser Sechsachsrobter ein vielseitiger Garant für Produktivität sowohl in klassischen als auch in digital vernetzten Umgebungen."

Über den Stäubli Konzern

Stäubli ist ein weltweit agierender Anbieter von Mechatronik-Lösungen in vier Geschäftsbereichen: Electrical Connectors, Fluid Connectors, Robotics und Textile. Wir sind ein internationaler Konzern, der in 28 Ländern tätig und in 50 Ländern auf 4 Kontinenten vertreten ist. Unsere weltweite Belegschaft von über 6.000 Mitarbeitern setzt sich dafür ein, mit Kunden aus fast allen Industriesparten eine partnerschaftliche Beziehung zu pflegen, um Ihnen umfassende Lösungen und langjährigen Support bieten zu können. Ursprünglich 1892 als kleine Werkstatt in Horgen/Zürich, CH, gegründet, ist Stäubli heute ein internationaler Konzern mit Hauptsitz in Pfäffikon, Schweiz.

Die Stäubli Gruppe (staubli.com)

Über Stäubli Robotics

Stäubli Robotics ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich der Industrieautomation, das für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit seiner Technologie, aber auch seines Service und Supports bekannt ist. Im Rahmen seines Komplettprogramms für die digital vernetzte Produktion bietet Stäubli ein breites Spektrum an Vier- und Sechsachsroboterarmen, darunter Speziallösungen für sensible Einsatzbereiche, autonome mobile Roboter, fahrerlose Transportsysteme (FTS) sowie Cobots für die Mensch-Roboter-Kollaboration.

Roboterautomation für industrielle Anwendungen | Stäubli (staubli.com)

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