MANNESMANN Demag F"cirdertechnik

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Oemag-Transfersystem­baukasten OT8: Rationellere Produktion mit 8ystemkomponenten Mit dem neuen Transfer­systembaukasten bietet Mannesmann Demag F6rdertechnik ein Kemplen­programm zur MaterialfluB­automatisierung auf hohem technischen Niveau. Beson­ders individuelle Konzepte lassen sich kostengOnstig planen und problemlos in hoher Qualitat sicher reali­sieren.

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Mannesmann Demag FOrdertechnik AG System(echnik Robert·Bosch·StraBe 11 71088 HoIzgerlingen TeJ.. (07031)6891-0 Fax: (07031)689111

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Peter Konold Herbert Reger

Angewandte Montagetechnik

ADS dem Programm Produktionstechnik

Umformtechnik von K. Gruning

Spanlose Fertigung Stanzen von W. Hellwig und E. Semlinger

Zerspantechnik von E. Pauksch

Atlas der modernen Handhabungstechnik von S. Hesse

Montage-Atlas von S. Hesse

Robotik von S. Hesse und G. Seitz

Konstruieren und Gestalten von H. Hintzen, H. Laufenberg, W. Matek, D. Muhs und H. Wittel

Angewandte Montagetechnik von P. Konold und H. Reger unter Mitarbeit von S. Hesse

Ubungs buch Fertigungstechnik von U. Wojahn und A. Breitkopf

Praxiswissen Formgebung von H. Tschatsch

Praxiswissen Umformtechnik von H. Tschatsch

Vieweg

Peter Konold Herbert Reger

An gewandte Montagetechnik Produktgestaltung, Planung, Systeme

und Komponenten

Unter Mitarbeit von Stefan Hesse

Aile Rechte vorbehalten © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/wiesbaden, 1997

Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Bertelsmann Fachinformation GmbH.

Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzuliissig und stratbar. Das gilt insbesondere fUr Vervielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeiche­rung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Umschlaggestaltung: Klaus Birk, Wiesbaden

Gedruckt auf siiurefreiem Papier

ISBN 978-3-528-03843-4 ISBN 978-3-322-91818-5 (eBook)

DOI 10.1007/978-3-322-91818-5

v

Vorwort

Um in Zukunft auch im intemationalen Wettbewerb bestehen zu konnen, sind viele Un­temehmen gezwungen, marktgerechte Erzeugnisse kostengiinstig mit hoher, gleichblei­bender Qualitat herzustellen. Hinzu kommen noch Forderungen hinsichtlich schneller ProdukteinfUhrung, kurzen Lieferzeiten bei gleichzeitig zunehmender Typen- und Vari­antenvielfalt, sowie kleiner werdende LosgroBen.

Bei diesen marktbedingten Gegebenheiten wird, besonders im Bereich der Erzeugnis­montage, der Einsatz von flexiblen, schnell umrUstbaren Montagesystemen zwingend erforderlich. Je rascher die technische Entwicklung fortschreitet, desto kurzlebiger wer­den die Erzeugnisse, besonders auf dem Gebiet der Gebrauchsgiiterherstellung. Um hier­bei das Investitionsrisiko in iiberschaubaren Grenzen zu halten, sind standardisierte Montagesysteme mit modularem Autbau gegeniiber Sonderlosungen mit nur geringer Anpassungsfahigkeit bevorzugt einzusetzen. Durch einen hohen Wiederverwendungs­anteil eines Montagesystems bei einem Erzeugniswechsel wird die RentabiliUit einer Investition deutlich verbessert.

Das Ziel der Verfasser dieses Buches ist es, die systematische V orgehensweise bei der Planung flexibler Montagesysteme aufzuzeigen, und gleichzeitig dem Fertigungsplaner, aber auch dem Studierenden der Automatisierungs- und Produktionstechnik, konkrete Losungsmoglichkeiten und Hilfsmittel fur die Entwicklung und Gestaltung von manuel­len und teilautomatisierten Montagesystemen an die Hand zu geben.

Neben technischen Aspekten werden auch arbeitsorganisatorische und wirtschaftliche Gesichtspunkte bei der Bewertung und Auswahl von altemativen Losungen berUcksich­tigt.

Bei der Planung von Montagesystemen ist die Kenntnis der am Markt angebotenen Grundsysteme bzw. Komponenten eine wichtige Voraussetzung.

1m zweiten Teil dieses Buches sind daher Bauelemente namhafter Hersteller auszugswei­se in Form von Datenblattem so dargestellt und beschrieben, daB nach einer Grob­auswahl kombinationsfahiger Bauelemente eine "Lay-out-Planung" moglich ist. Die genannten Preisbereiche bei den einzelnen Grundsystemen und Bauelementen reichen fur eine erste Kostenabschiitzung und zum Kostenvergleich bei mehreren Losungsaltemati­yen aus. Mit Hilfe der Datenblatter in Verbindung mit den beschriebenen Losungsmog­lichkeiten und Beispielen im ersten Teil ist es moglich, die Planungszeit gegeniiber einer Vorgehensweise ohne geeignete Hilfsmittel zu reduzieren und dabei gleichzeitig die Planungsqualitat zu verbessem.

Das Anwendungsspektrum der dargestellten Montagesysteme und Bauelemente be­schrankt sich auf feinwerktechnische und elektrotechnische Gebrauchsgiiter, Komponen­ten fur die Fahrzeugtechnik, Haushaltsgerate und artverwandte Produkte, die in Klein-, Mittel- und GroBserien hergestellt werden.

VI Vorwort

Dieses Buch solI durch seinen Praxisbezug einen Beitrag leisten zu dem standigen Be­muhen, die Montagekosten durch den Einsatz standardisierter, flexibler Montagesysteme zu senken und somit die HerstelIung von wettbewerbsfahigen Erzeugnissen zu ermog­lichen.

Die Ausarbeitung des Kapitels 2 "Produktgestaltung" hat freundlicherweise Herr Dr.-Ing. S. Hesse, bekannt durch zahlreiche VerOffentlichungen auf dem Gebiet Handhabungs­und Montagetechnik, ubemommen. Fur seinen Beitrag danken wir ganz herzlich.

Unser besonderer Dank gilt dem Hause Robert Bosch GmbH fur die Bereitstellung von Planungsunterlagen und Praxisbeispielen, sowie den Firmen Branscheid Industrie-Elek­tronik und Utz Ratio-Technik. Durch ihre Mitwirkung erfuhr dieses Buch besonders im Teil A eine zusatzliche Bereicherung.

Danken mochten wir auch all jenen Firmen, die durch Uberlassung von Informations­material wesentlich zur Gestaltung des zweiten Teils beigetragen haben.

Dem Vieweg-Verlag, Wiesbaden, danken wir fur die gute Zusammenarbeit.

Geislingen, November 1996 Peter Konold, Herbert Reger

VII

Inhaltsverzeichnis

TElL A

1 Einfiihrung ................ ..... ............. ..... ............ ....... ..................... ... .... ......... ......... 1

2 Auseinandersetzung mit dem Produkt ... ........... ............. ........ ... ........... .......... 3

2.1 Bedeutung automatisierungsgerechter Produkte ............. .... ... ...... ............... 3 2.2 Strukturieren von Produkten .......... ..... ......... ....................... ..... ................... 5

2.2.1 Integration von Produktentwicklung und Montageplanung............. 5 2.2.2 Bauweisen der Produkte................................................................... 6

2.3 Wege zum montagegerechten Design ......................................................... 8 2.3.1 Prfifschritte und Gestaltungsziele..................................................... 8 2.3.2 Analyse- und Bewertungsmethoden ................................................ 10 2.3.3 Gestaltungsrichtlinien ...................................................................... 12

2.4 Probleme mit Toleranzen .......... ..... ..... ....... .... ......... .... ...... ..... ............... ...... 13 2.4.1 Tolerierungsmethoden .................................................................... 13 2.4.2 Justage vereinfachen ..... ..... ..... ......... ......... .... ............. ...... ............... 15

2.5 Gestaltungsbeispiele .................................................................................... 16 2.5.1 Gestaltungsbereich Einzelteil........................................................... 16 2.5.2 Gestaltungsbereich Baugruppe......................................................... 20 2.5.3 Gestaltungsbereich Produkt ............................................................. 22

3 Vorgehensweise bei der Planung, Planungssystematik ................................. 24

3.1 Aufgabenstellung ........................................................................................ 26 3.2 Grobplanung ... ..... ................. ..... ....... ..... ............. ......... ..... ............. ... ....... 28

3.2.1 Montagesystemausbringung berechnen (Planungsschritt 1) ... ......... 28 3.2.2 ArbeitsabHiufe festlegen, Montagestruktur entwickeln -

(Planungsschritt 2) ......... ..... ..... ....... ........... ............. .......... ............... 28 3.2.3 Montageabschnitte bilden, (Planungsschritt 3) ................................ 29 3.2.4 Montagesystem-Altemativen entwickeln, (Planungsschritt 4)......... 32

3.2.4.1 Manuelle Montagesysteme ohne automatisierten Werksmck-Umlauf ............................................................. 38

3.2.4.2 Manuelle und teilautomatisierte Montagesysteme mit automatisiertem Werksmck-Umlauf................................... 40

3.2.4.3 Automatische Montagesysteme ..... ......... ..... ............. ... .... ... 41 3.2.4.4 Werksmcktrager, Anzahl und Gestaltung........................... 43 3.2.4.5 Informations- und Datenspeichersysteme........................... 47

3.2.5 Notwendige Hallenflache ermitteln (Planungsschritt 5) .................. 49 3.2.6 Personalbedarfplanen (Planungsschritt 6)....................................... 50

VIII Inhaltsverzeichnis

3.2.7 Losungsaltemativen bewerten und auswahlen (Planungsschritt 7)... 52 3.2.8 Projektkalkulation und Wirtschaftlichkeitsrechnung durchfiihren,

(Planungsschritt 8) ......................................................................... ... 53 3.2.8.1 Berechnung der Montagekosten .......................................... 53 3.2.8.2 Berechnung der KapitalrUckfluBdauer................................. 54

3.3 Feinplanung.................................................................................................. 55 3.3.1 Gesamtsystem und Teilsysteme ausarbeiten (Planungsschritt 1)...... 55

3.3.1.1 Pflichtenheft iiberarbeiten ................................................... 55 3.3.1.2 Gesamtmontagesystem und Montageabschnitte

konstruktiv ausarbeiten........................................................ 55 3.3.1.3 Auftragsplanungs- und Steuerungssystem festlegen ........... 60

3.3.2 Terminplan erstellen (Planungsschritt 2) .......................................... 65 3.3.3 Ausschreibung durchfiihren (Planungsschritt 3)............................... 66 3.3.4 Kritische Prozesse absichem (Planungsschritt 4).............................. 66 3.3.5 Personaleinsatz planen (Planungsschritt 5) ................................ ....... 67 3.3.6 Wirtschaftlichkeitsnachweis iiberpriifen (Planungsschritt 6)............ 67

4 Grundformen von Montage- und Transfersystemen ..................................... 68

4.1 Manuelle Systeme ohne automatisierten Werkstiick-Vmlauf...................... 68 4.1.1 Karree................................................................................................ 68 4.1.2 V-Form............................................................ .................................. 69 4.1.3 Linie.................................................................................................. 70 4.1.4 Sonderformen (Variante 1) ............................................................... 71 4.1.5 Sonderformen (Variante 2) ............................................................... 72

4.2 Manuelle und teilautomatisierte Systeme mit automatisiertem Werkstiicktrager-Vmlauf.............................................................................. 73 4.2.1 Karree................................................................................. ............... 73 4.2.2 V-Form............................................................ .................................. 74

4.2.2.1 V-Form (WT-Riicklauf in Arbeitsebene) ............................ 74 4.2.2.2 V-Form (WT-Riicklauf oberhalb Arbeitsebene) ................. 75

4.2.3 Linie .................................................................................................. 76 4.2.4 Anordnung von Handarbeitsplatzen im NebenschluB....................... 77 4.2.5 Anordnung von Handarbeitsplatzen und automatischen Stationen

im NebenschluB ................................................................................ 78 4.3 Kostenvergleiche von Montage-Grundsystemen ......................................... 80

4.3.1 Karree................................................................................................ 80 4.3.2 V-Form................................................. ............................................. 82 4.3.3 Linie .................................................................................................. 83 4.3.4 Gesamtvergleich ............................................................................... 84

5 Beispiele von Montagesystemen ............................................ ........................... 86

5.1 Manuelle Montage........................................................................................ 86 5.1.1 Einzelarbeitsplatz ......................................... ..................................... 86 5.1.2 Montagesysteme mit mehreren manuellen Arbeitsplatzen ............... 88

5.2 Teilautomatisierte Montage.......................................................................... 90

Inhaltsverzeichnis IX

5.3 Automatisierte Montage .............................................................................. 99 5.3.1 Robotereinsatz bei Klein- und Mittelserien-Erzeugnissen ............... 99 5.3.2 Robotereinsatz bei Mittel- und GroBserien-Erzeugnissen................ 101

6 Planungshilfsmittel ......................................... ........................ .......................... 104

6.1 Taktzeitermittlung ............................... ........... ............................................. 104 6.1.1 FlieBarbeit ............................... ......................................................... 104 6.1.2 Roboter- und Handhabungsstationen .. ............................ ................. 107 6.1.3 Werkstlicktragertransport................................................................. III

6.2 Vorranggraph .............................................................................................. 112 6.3 Arbeitsplatzgestaltung und Zeitermittlung .................................................. 116

6.3.1 Arbeitsplatzgestaltung nach ergonomischen Gesichtspunkten ........ 116 6.3.2 Ermittlung der Montagezeit ............................................................. 117 6.3.3 Nebenzeiten ftir Erzeugnisweitergabe an Handarbeitsplatzen ......... 120

6.4 Gestaltung von Speichersystemen............................................................... 121 6.4.1 Ubersicht-Definition ........................................................................ 121 6.4.2 Einsatz von Puffer in der Montage................................................... 121 6.4.3 Pufferarten und Anordnung in verketteten Systemen .......... ............ 122 6.4.4 Wirkung, Verhalten und Dimensionierung von Puffer .................... 123

6.4.4.1 Starr verkettete Stationen.................................................... 123 6.4.4.2 Montagesysteme mit lose verketteten Arbeitsplatzen und

Stationen ............................................................................. 126 6.5 MaterialfluBgestaltung und Teilebereitstellung........................................... 128

6.5.1 Kriterien und Ziele ........................................................................... 128 6.5.2 EinfluB auf die Auswahl eines Montagesystems.............................. 129 6.5.3 Transporthilfsmittel.......................................................................... 129 6.5.4 Teilebereitstellung an Montagelinien............................................... l30

6.6 Beurteilung von Systemaltemativen............................................................ l32 6.6.1 Quantifizierbare und nichtquantifizierbare Kriterien ....................... l32 6.6.2 Verftigbarkeit von Montagesystemen .............................................. 134 6.6.3 WertschOpfende und nicht wertschopfende Funktionen .................. l38 6.6.4 Durchlaufzeit.................................................................................... 139

6.7 Rechnerunterstlitzte Planung von Montagesystemen .................................. 140

7 Beurteilung von Investitionen ......................................................................... 143

7.1 KapitalfluB einer Investition........................................................................ 143 7.2 Wirtschaftlichkeitsrechnung........................................................................ 144

7.2.1 Berechnung der Montagekosten....................................................... 144 7.2.2 Berechnung der KapitalrUckfluBdauer ............................................. 146

7.2.2.1 Uberschlagsrechnung.......................................................... 146 7.2.2.2 Zusatzliche EinfluBfaktoren ............................................... 147

7.3 Wirtschaftlicher Automatisierungsgrad....................................................... 147

x Inhaltsverzeichnis

TEILB

Hinweise zurn Katolog von Kornponenten ............................................................ 150

1 Arbeitsplatz ........................................................................................................ 151

1.1 Manuelle PHitze ohne automatischen Werkstiicktragerumlauf..................... 151 1.1.1 Einzelarbeitsplatze ............................................................................ 152

1.1.1.1 Einzelarbeitsplatz, Standard ................................................ 152 1.1.1.2 Einzelarbeitsplatz, Hohenverstellbar ................................... 153

1.1.2 Arbeitsplatz mit Erzeugnisumlauf............................... ...................... 154 1.1.2.1 Arbeitsplatz mit zirkularem Erzeugnisumlauf..................... 154 1.1.2.2 Arbeitsplatz mit ovalem Erzeugnisumlauf .......................... 156

1.1.3 Arbeitsplatz mit Einzelteileumlauf ................................................... 157 1.l.3.1 Arbeitsplatz mit Einzelteileumlauf, zirkular........................ 157 1.l.3.2 Arbeitsplatz mit Verschiebebehalter................ .................... 158

1.104 Arbeitsplatz mit Erzeugnisumlauf und Einzelteileumlauf ................ 159 1.104.1 Arbeitsplatz mit zirkularem Erzeugnis- und ....................... .

Einzelteileumlauf................................................................. 159 1.1.5 Arbeitsplatz flir spezielle Tatigkeiten ............................................... 161

1.1.5.1 Arbeitsplatz zur Verpackung............................................... 161 1.2 Manuelle Platze mit automatischem Werkstiicktragerumlauf...................... 162

1.2.1 Arbeitsplatz an Transportstrecken..................................................... 162 1.2.1.1 Arbeitsplatz an Linearstrecke .................................. ... ......... 162 1.2.1.2 Arbeitsplatz an paralleler Ausschieussstrecke..................... 163 1.2.1.3 Arbeitsplatz an rechtwinkliger Ausschieussstrecke............. 164 1.2.1.4 Arbeitsplatz an zirkularer Ausschieussstrecke .................... 165 1.2.1.5 Arbeitsplatz an Eck-Ausschieussstrecke ............................. 166

2 Transferkornponenten ...................................................................................... 167

2.1 Transferkomponenten ohne Antrieb............................................................. 167 2.1.1 Ubersicht Systeme aus Transferkomponenten ohne Antrieb ........... 167

2.1.1.1 Linie..................................................................................... 168 2.1.1.2 Karree.................................................................................. 169 2.1.1.3 Kombinierte Systemform .................................................... 170

2.1.2 Transferkomponentenvarianten ohne Antrieb .................................. 171 2.1.2.1 Rollenbahn........................................................................... 171 2.1.2.2 Rollchenbahn....................................................................... 172 2.1.2.3 Drehscheibe ......................................................................... 173

2.2 Transferkomponenten mit Antrieb ............................................................... 174 2.2.1 Ubersicht Systeme aus Transferkomponenten mit Antrieb............... 174

2.2.1.1 Linie..................................................................................... 174 2.2.1.2 Karree.................................................................................. 175 2.2.1.3 Kombinierte Systemform .................................................... 177

Inhaltsverzeichnis XI

2.2.2 Bandforderer .................................................................................... 178 2.2.2.1 Eingurtband A Leicht/Mittel B Mittel/Schwer ................. 178 2.2.2.2 Eingurtband mit Srutzrollen............................................. ... 179 2.2.2.3 Doppelgurtband ............................................................... ... 181

2.2.3 Riemenforderer ................................................................................ 183 2.2.3.1 Rundriemen ........................................................................ 183

2.2.4 Angetriebene Rollenbahn und mogliche Kombinationen ................ 184 2.2.4.1 Rollenbahn starr angetrieben.. ................................... ......... 184 2.2.4.2 Staurollenbahn ........................................................... ......... 185 2.2.4.3 Stummelrollenbahn................. ................................... ......... 187

2.2.5 Kettenforderer .................................................................................. 188 2.2.5.1 Gliederband ........................................................................ 188 2.2.5.2 Segmentkette ...................................................................... 189 2.2.5.3 Staurollenkette.................................................................... 191 2.2.5.4 Tragkette............................................................................. 192 2.2.5.5 Kettenumlaufsystem fur magnetische Werksrucktrager-

mitnahme ............................................................................ 193 2.2.6 Ubergabe- und Umlenkelemente...................................................... 194

2.2.6.1 Uberschieber, Ein- und Ausschleuser, Ausstosser.............. 194 2.2.6.2 Querstrecke mit Hubquereinheit..................................... .... 195 2.2.6.3 Drehscheibe ........................................................................ 196 2.2.6.4 Kurve 900 mit AusfUhrvarianten:

A/Gliederkette B/Kegelrollen C/Gurtband ....................... 198 2.2.6.5 Kurve 1800 mit AusfUhrvarianten:

A/Gliederkette BlKegelrollen C/Gurtband....................... 200 2.2.6.6 Rollendrehtisch................................................................... 202 2.2.6.7 Allseitenrollenumlenkung .................................................. 203 2.2.6.8 Auf- und Abwartslift ................................................. 204

2.2.7 Werksrucktrager-Schnelleinzug ....................................................... 206 2.2.7.1 Schnelleinzugseinheit / Beschleunigerstrecke .................... 206

2.2.8 Werksrucktragerausrichtung und Kontrolle .................................... 207 2.2.8.1 Werksrucktrager -Vereinzeler, -Stopper............................. 207 2.2.8.2 Werkstlicktrager - Bereichsiiberwachung........................... 208 2.2.8.3 Hub- und Positioniereinrichtung ........................................ 209 2.2.8.4 Hub- und Dreheinheit........................................ ......... ..... ... 210

2.3 Werksrucktrager und Zubehof..................................................................... 211 2.3.1 Werksrucktrager ........................................................................... ... . 211

2.3.1.1 Werksrucktrager fur Band-, Rollen-, Riemen-und Kettensysteme.............................................................. 211

2.3.1.2 Mehrfach-Werksrucktrager................................................. 214 2.3.1.3 Autonome, selbstfahrende Werksrucktrager....................... 216

2.3.2 Codierung fur Werksrucktrager........................................................ 217 2.3 .2.1 Optische Codierung ............................................................ 217 2.3.2.2 Mechanische Codierung ..................................................... 219 2.3.2.3 Elektronische Codierung .................................................... 220

XII Inhaltsverzeichnis

3 Speicher ........... .... ..................... ............ .... ....... ............... ...... ........... ...... .... ... ...... 222

3.1 Obersicht ...................................................................................................... 222 3.1.1 Speicher in Linienanordnung............................................................ 223

3.1.1.1 Linienspeicher Durchlauf- bzw. Hauptschlussprinzip......... 223 3.1.1.2 Linienspeicher Rucklauf- bzw. N ebenschlussprinzip.......... 224

3.1.2 Umlauf speicher ................................................................................. 225 3.1.2.1 Umlaufspeicher horizontal ....... ,.......................................... 225 3.1.2.2 Umlauf speicher vertikal...................................................... 226

3.1.3 Sonstige Speicher.............................................................................. 227 3.1.3.1 Direktzugriffspeicher............ ............................ .......... ......... 227 3.1.3.2 Fliichenspeicher.......... ....... ..... ..... ............ ............................ 228 3.1.3.3 Puffertunn ........................................................................... 229 3.1.3.4 Flexibler Vertikalspeicher ................................................... 230

4 SicherheitsmaOnahmen ... ..... ......... .............. ............. .................. ..... ...... ....... ..... 232

4.1 SchutzmaBnahmen an der Station............ .................................. .................. 234 4.2 SchutzmaBnahmen allgemein....................................................................... 235

5 Beispiele fUr Produktionszellen ...................................... ............ ...................... 236

5.1 Montagezellen ............................................................................................. 237 5.1.1 Produktionszelle leer......................................................................... 237 5.1.2 Handhabungs- und Montagezelle mit Roboter ................................. 239 5.1.3 Schraubzelle ...................................................................................... 240 5.1.4 Lotzelle ............................................................................................. 241

5.2 Rund- und Liingstransferautomat................................................................. 242 5.2.1 Rundtaktzelle .................................................................................... 242

6 Herstellerverzeichnis......................................................................................... 244

Literaturverzeichnis ..... ................ ...... ..................... ........ .......... .... .......... ....... ... ..... 256

Bildquellenverzeichnis ............................................................................................ 258

Sachwortverzeichnis .... ............. ........... ......................... ...... .............. ..... ................. 260