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Kohlenstoff.cc: Einsatz des Werkzeugs für die Sattelproduktion
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Kohlenstoff.cc


Sättel - leicht gemacht

Die Firma Kohlenstoff stellt Sättel für Fahrräder her. Das heißt nicht für gewöhnliche Stadträder, sondern High-End Sättel für Rennräder und Mouintainbikes.

Das Besondere an den Sätteln von Kohlenstoff ist nicht nur das unglaublich geringe Gewicht von 115 Gramm, sondern das jeder einzelne Sattel zu 100% Made in Germany ist.

Gerhard Dummert produziert die Sättel im badischen Städtchen Hartheim am Rhein.

Key Facts

Innovative Fertigung

Im Jahr 2015 haben wir uns zum ersten mal zum Thema Fertigung von CFK Bauteilen mittels Industrieroboter zusammengesetzt. "Wir fanden die Idee wahnsinnig spannend, waren aber zum damaligen Zeitpunkt weit weg von 3D CAD und CAM Technologie - ganz zu schweigen vom Einsatz von Industrierobotern, so dass die Umsetzung für uns als eine schier unüberwindbare Hürde erschien.", so Gerhard Dummert. "Mit der robotized haben wir einen Partner gefunden, der uns von der ersten Idee bis zum fertigen Bauteil bestens unterstützt hat."

Durch die enge Kommunikation konnte, beginnend mit der gewünschten Fräsbearbeitung, sowohl die Roboterzelle bereits mit Robotmaster bezüglich Erreichbarkeit ausgelegt werden, als auch die Spannsituation mittels Vorrichtungen ermittelt und erzeugt werden.

"Die ideale Basis konnte gelegt werden, da wir zum frühest möglichen Zeitpunkt mit an Bord waren", so Norbert Krach. "Wir kannten die geforderten Bearbeitungsaufgaben und konnten unterschiedliche Robotermodelle und -konzepte auf Erreichbarkeiten prüfen." Das Ergebnis ist eine kompakte Yaskawa/Motoman Roboteranlage mit der Offline-Programmiersoftware Robotmaster.


Herstellungsprozess

"Der Herstellungsprozess ist von aufwendiger Handarbeit geprägt. Dadurch ist es schwierig eine gleichbleibend hohe Produktqualität bei gleichzeitig hoher Outputmenge zu realisieren. Aus diesem Grund haben wir uns auf die Suche gemacht, die perfekte Lösung für uns zu finden. Mit der Implementierung einer Roboteranlage sowie Robotmaster, einer OLP-Softwarelösung für die CAD/CAM basierte Roboterprogrammierung, sind wir nun in der Lage schneller, besser und genauer zu fertigen." Gerhard Dummert, Geschäftsführer der Kohlstenstoff.cc GmbH

Kohlenstoff.cc ist ein Unternehmen aus Deutschland, das seit vielen Jahren hochwertige Sättel für Rennräder und Mountainbikes aus Carbon/ Kohlefaser (CFK) herstellt. Seit 2017 steht in der Werkstatt eine Roboteranlage, die nicht nur die Qualität der Fertigung verbessert hat, sondern auch die Anzahl der Bauteile um ein Vielfaches steigern konnte. Die Fertigung der Fahrradsättel war vor der Anschaffung der Anlage mit sehr viel Handarbeit verbunden, was zur Folge hatte, dass es nicht nur Qualitätsunterschiede unter den Bauteilen gab, sondern auch sehr viel Zeit in die Bearbeitung der Bauteile floss.


Durch die Verwendung von Kohlefaser entstehen Überstände am Sattelstück (hier auf dem Bild zu sehen), die alle in Handarbeit ausgeschnitten und nachbearbeitet werden mussten. Ein Prozess, der mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden ist und Abweichungen zwischen den Bauteilen mit sich bringt.

"Bei einer hohen Stückzahl ist es unmöglich ein gleichbleibendes Aussehen bzw. eine konstante Qualität zu erhalten. Wenn ein Mitarbeiter beispielsweise 100 Sattelstücke am Tag bearbeiten muss, unterscheiden sich die anfangs bearbeiteten Bauteile von den zuletzt bearbeiteten.", erklärt Gerhard Dummert, Geschäftsführer der Kohlenstoff.cc.

Das Problem der Abweichungen, auch wenn diese nur gering ausfallen, der von Hand nachbearbeiteten Sättel und Bauteile liegt in der späteren Zusammensetzung der beiden Teile. Die unterschiedlichen Klebestellen verlangsamen den Zusammensetzungsprozess.

Eine Roboterlösung, die bestimmte Arbeitsschritte, wie beispielsweise das Ausschneiden per Hand, übernimmt und somit Arbeitsabläufe automatisiert, klang nach einer vielversprechenden Lösung, die nicht nur die Qualität optimieren würde, sondern auch eine Zeitersparnis einbringen sowie neue Möglichkeiten schaffen könnte.

"Auf die Idee einen Industrieroboter in Verbindung mit Robotmaster (OLP Software) einzusetzen, sind wir gekommen, weil uns Norbert Krach (Geschäftsführer bei robotized), der die Sättel vom Rennrad- und Mountainbikefahren kennt, darauf angesprochen hat", so Gerhard Dummert. Bei einem ersten Treffen bei robotized rm systems GmbH wurde der Sattel als Baugruppe in die einzelnen Bauteile zerlegt. Diese Bauteile haben wir anschließend gemeinsam im CAD/CAM System bearbeitet und mit dem Roboter-Offline-Programmiersystem in der virtuellen Simulationsumgebung bearbeitet. Die perfekt integrierten Softwarepakete Robotmaster und Mastercam waren die ideale Grundlage für unsere Machbarkeitsstudien.

Kohlenstoff.cc investierte in eine Roboteranlage von Motoman (6 Achsen mit Frässpindel) und entschied sich aufgrund der vielen Vorteile dafür Robotmaster zur Offlineprogrammierung zu nutzen. Die einfache und schnelle Bedienung sowie die hohe Flexibilität der Software machten die Entscheidung leicht sich zu Gunsten einer Offline-Programmierung mit Robotmaster und gegen das Teach-In zu entscheiden.

Die größte Herausforderung bei der Inbetriebnahme der Roboteranlage bestand in der Aufspannung der Bauteile. Die bisherigen Vorrichtungen für Handarbeit mussten gegen neue Vorrichtungen ausgetauscht werden. Die Idee war die Vorrichtung so zu installieren, sodass die Aufspannungsvorrichtung multifunktional eingesetzt wird und sich der Roboter schnell und problemlos zwischen den Bauteilen hin und her bewegen kann. Die offline vorbereiteten Roboterprogramme können mit wenigen Mausklicks geändert und aufgerufen werden, so dass ein einfacher und schneller Wechsel von Bauteilen für den Roboter möglich ist.

Neben der Verbesserung der Produktqualität und einer deutlichen Erhöhung des Tagesoutputs war ein wichtiger Aspekt, dass die Roboteranlage ganz neue Möglichkeiten für die Eigenfertigung eröffnet. So kam es, dass vorher fremd bezogene Komponenten, wie Vorrichtungen, die für die Inbetriebnahme benötigt wurden, Kohlenstoff.cc innerhalb kürzester Zeit selbst hergestellt hat. Dank Roboterfräsanlage und Mastercam/ Robotmaster war das kein Problem.

Nachdem die Vorrichtungen hergestellt und ausgetauscht wurden, war die Roboteranlage samt Programmierung einsatzfähig. Für die Kohlenstoff.cc haben sich viele der Produktionsabläufe wesentlich verändert und im Hinblick auf die Qualität und den Output enorm verbessert und gesteigert.


Das Ausschneiden der Sattelstücke wird nun von der Roboteranlage übernommen (Bild).

Während die manuellen Nachbearbeitungen vorher immer zu Abweichungen geführt haben, kann jetzt mit Hilfe des Roboters eine gleichbleibend sehr hohe Qualität erzielt werden, da der Roboter immer exakt gleich fräsen kann.

Durch die vorher entstandenen Abweichungen der Klebestellen an den Bauteilen, dauerte der gesamte Klebe- bzw. Zusammensetzungsprozess deutlich länger. Mit den vom Roboter exakt gleich gefrästen Klebestellen ist dieser Arbeitsschritt um einiges schneller und präziser geworden. "Unterm Strich konnten wir unseren Output um mehr als 100% steigern", so Gerhard Dummert.

Der Arbeitsprozess an sich konnte nun auch so umgestellt werden, dass Arbeitsschritte, die vorher nur in Reihe stattfinden konnten heute parallel ablaufen können. "Vorher war es so, dass wir einem Tag entweder Bauen/Kleben oder Fräsen bzw. Ausschneiden mussten, beides gleichzeitig war nicht möglich. Durch den Einsatz des Roboters können wir nun beide Arbeitsschritte gleichzeitig angehen. In guten Monaten konnten wir so die Produktion der Sättel mehr als verdoppeln.", erzählt Gerhard Dummert.

Ein weiteres positives Ergebnis in diesem Kontext, das mit dem Einsatz der Roboteranlage verzeichnet werden konnte, ist die Gewinnung neuer Kunden. Die Stückzahl, die mit Handarbeit realisiert werden kann ist um ein Vielfaches geringer, als die, die mit einer Roboteranlage gefertigt werden kann. Die Annahme von größeren Auftragsvolumina ist möglich geworden.

Wichtig ist der Kohlenstoff.cc Produkte in möglichst hoher Qualität an Kunden auszuliefern. Durch den Einsatz des Roboters und der dazugehörigen Softwarelösung können wir hochwertige Sättel an unsere Kunden ausliefern und profitieren dadurch wiederrum von minimalen Produktrückläufern.

Nicht nur der Arbeitsprozess an sich konnte optimiert und automatisiert werden. Die Roboteranlage hat es dem Unternehmen ermöglicht, selbst Bauteile und Prototypen herstellen zu können, die vorher von externen Werkzeugbauern eingekauft werden mussten. Durch die Möglichkeit neue Ureol-Formen und Prototypen von Bauteilen herstellen zu können, konnten ebenfalls neue Aufträge und somit neue Kunden generiert werden. "Ein relativ flaches Bauteil, das von einem Kunden kürzlich in Auftrag gegeben wurde, wäre von Hand nicht realisierbar gewesen.", erzählt Gerhard Dummert über den Einsatz der Anlage. Inzwischen ist der Prototypenbau nicht nur in eigener Fertigung möglich, sondern auch in viel kürzerer Zeit durchführbar. Während vorher in einem bis zu 6 Monate aufwendigen Prozess ein Bauteil entworfen wurde, daraus eine Aluminiumform gegossen werden musste, können vor Ort mit Ureol gefertigte Bauteile dem Kunden innerhalb einer Woche in verschiedenen Varianten und Entwürfen präsentiert werden.

Mit robotized als Partner ist Gerhard Dummert sehr zufrieden und lobt die unkomplizierte Zusammenarbeit: "robotized unterstützt uns dabei die Bahnen zu programmieren und nach wenigen Klicks kann der Roboter mit der Bearbeitung starten."

Die Anwendung der Robotmaster Software ist durch die Einfachheit eine zusätzliche Arbeitserleichterung. Kohlenstoff.cc kann sich voll auf die Produktentwicklung und die Fertigung konzentrieren. Gerhard Dummert: "Dank Robotmaster werden keine Roboterexperten benötigt, weshalb Robotmaster bei Kohlenstoff.cc nicht mehr wegzudenken ist."