Auch Handwerkskunst ist auf Automatisierung angewiesen. So gibt es Montagestationen, die Hersteller mechanischer Uhren mit automatisierten Abläufen unterstützen. Beim Transport der wertvollen Produkte während der Montage sorgt ausgewählte Antriebstechnik für das Feingefühl, damit die filigranen Uhrwerke keinen Schaden nehmen.

Warum überhaupt automatisieren?

Spannender Artikel mit dem Titel «Automatisierung als Chance und Herausforderung»

Mechanische Uhren sind ein Anachronismus, dennoch ist die Nachfrage ungebrochen. Die Grundlage liefert eine hochentwickelte Handwerkskunst. Allerdings fertigen die meisten Hersteller ihre Produkte heute in Stückzahlen, die sich in reiner Handarbeit nicht mehr bewältigen lassen. Zwar werden weiterhin die wichtigen Arbeitsschritte durchweg von Hand ausgeführt.

Der gesamte Ablauf ist jedoch arbeitsteilig in verschiedene Prozesse unterteilt und die Facharbeiter werden maschinell unterstützt, z.B. mit automatischen Fördereinrichtungen, die den Montageablauf deutlich erleichtern. Ein gutes Beispiel dafür liefert die Montagestation von Precitrame. Das Schweizer Unternehmen, das auf Rundtakt-Transfer- und Finishing-Anlagen für feinmechanische Produkte spezialisiert ist, hat diese Station speziell für die halbautomatische Fertigung hochwertiger Uhren entwickelt.

Montagefabrik im Miniaturformat

Bei geschlossenem Maschinengehäuse sieht man nicht viel vom technischen Innenleben der Montagestation. In der Mitte der Arbeitsfläche ist vorne lediglich eine kleine runde Aussparung sichtbar. Hierhin bekommt der Uhrmacher das Uhrwerk angeliefert, um den nächsten Montageschritt auszuführen. Ist dieser beendet, legt er es dort wieder ab. Das Werkstück wird nun unter der Abdeckung weitertransportiert, während der Mitarbeiter das nächste zur Bearbeitung bekommt.

Unter der Abdeckung stecken unterschiedliche Fördereinrichtungen, die wie die Miniaturversion einer Montagefabrik aussehen. Die Werkstücke fahren auf zahlreichen nebeneinanderliegenden Förderbändern hin und her, passieren Weichen und können ganz unterschiedliche Wege nehmen, je nachdem welcher Arbeitsschritt am Los gerade durchgeführt wird.

Einen mikroskopisch feinen Tropfen Öl automatisch aufbringen

Schlussendlich gelangen alle Uhrwerke in einen Lader im hinteren Bereich der Station, der sie vom Förderband hebt und für den folgenden Prozessschritt in eine weitere Einheit einlegt. Hier kann beispielsweise noch ein mikroskopisch feiner Tropfen Öl automatisch aufgebracht werden.

Vor allem ist diese Einheit aber für die Qualitätssicherung zuständig. Es wird geprüft, ob die vorangegangenen Montageschritte mit der gewünschten Präzision gelungen sind. Optische und akustische Messgeräte überprüfen z.B. die Vollständigkeit der Komponenten und vermessen Gang und Amplitude des Regelorgans.

Alle Messdaten werden automatisch erfasst, über CANopen weitergeleitet und in einer Datenbank hinterlegt. Ein kleiner QR-Code auf dem Werkstückträger erlaubt die Zuordnung dieser Fertigungsdaten zur einzelnen Uhr. So entsteht für jedes einzelne Uhrwerk eine vollständige Dokumentation aller Montageschritte, die an dieser Station durchgeführt wurden.

Taktzeit der gesamten Maschine nicht verzögern

Vom Förderband heben und einem Prozessschritt zuführen – das hört sich einfach an. Doch der Vorgang stellt an die eingesetzte Technik beachtliche Anforderungen. Die filigranen Uhrwerke liegen lose in ihren flachen Trägern. Bei einer ruckartigen Bewegung könnten sie herausfallen, beschädigt werden und den Prozessablauf durcheinanderbringen. Zugleich sind – im Verhältnis zu den kleinen Dimensionen, in denen sich hier alles bewegt – beträchtliche Wege zurückzulegen.

Der vertikale Hub des Laders etwa beträgt gut 20 Zentimeter. Seine Arbeit soll aber die Taktzeit der gesamten Maschine natürlich nicht verzögern. Also ist es nicht damit getan, die einzelnen Abläufe langsam und damit im sicheren Bereich durchzuführen.

Massgeschneiderte Antriebslösung von Faulhaber

Zudem sind drei Abläufe präzise zu synchronisieren: Die Transportpalette mit dem Werkstückträger wird auf einer horizontalen Achse zum Greifer befördert. Dieser fasst den Träger und wird vertikal nach oben geführt. Dort angekommen, fährt der Greifer wieder horizontal zur Messstation, wo die vorgesehene Routine abläuft.

Für jede dieser Bewegungen wird ein genau abgestimmtes Profil benötigt: langsam anfahren, sanft beschleunigen, vorsichtig bremsen und den Vorgang in langsamem Tempo beenden. Die Antriebslösung für diese dreiachsige Bewegung hat Faulhaber auf die Applikation massgeschneidert.

Eisenloses Design eliminiert das Rastmoment

Für die beiden Horizontalachsen erwiesen sich die Motoren der Serie 2232 BX4 COD als geeignet. Hier ist die komplette Servoelektronik mit CANopen-Schnittstelle bereits im Motor integriert, was bei 22 mm Durchmesser und 32 mm Länge durchaus eine Besonderheit ist. Die Motoren liefern ein Drehmoment von 16 mNm. Ihr eisenloses Design eliminiert das Rastmoment. Das «Ruckeln» bei jeder Umdrehung, das bei Elektromotoren mit Eisenanker unvermeidlich ist, kann hier konstruktionsbedingt nicht entstehen. Das sorgt für einen sanften Transport der Uhrwerke.

Höchstleistung gefragt bei Antrieben bei minimalem Volumen

Die gesamte Maschine entspricht den Dimensionen, in denen diese Branche arbeitet und ist entsprechend kompakt bis filigran aufgebaut. Da je nach Ausführung bis zu drei Lader integriert werden müssen, wird der Platz noch knapper. Die Greifereinheit, die auf den drei Achsen bewegt wird, wiegt dennoch gut 600 Gramm.

Von den Antrieben ist also Höchstleistung gefragt, bei minimalem Volumen. Precitrame und sein Endkunde freuen sich über die gute Zusammenarbeit mit dem Antriebslieferanten: «Die Experten von Faulhaber haben mit grossem Einsatz an der Entwicklung dieser Lösung gearbeitet. Neben dem hervorragenden Produkt haben wir auch optimale technische Unterstützung erhalten. Das hat dazu beigetragen, dass unsere Montagestation ein Erfolgsmodell wurde.»