Robot cell – an upgrade by two apprentices

The MAPAL training centre is now home to the new robot cell. For Marvin Schuster (18) and Philipp Raab (19), both of whom are training to become mechatronics engineers, it is the perfect device to learn from. This is because a robot combines all the disciplines they will need to master in their future profession: mechanics, electrical engineering and computer science.

The machining cell arrives at the training centre as early as the beginning of 2020: a large glass box standing on a mobile trolley. The cell contains the robot as well as various components that a robot needs to carry out certain tasks. The device cannot be put into operation right away though, since, shortly after its arrival, the first lockdown due to the coronavirus pandemic takes place, and the team at the training centre has to teach all of the trainees in digital form for several weeks.
 

Martin Ernsperger arbeitet bei MAPAL im Bereich Fertigungstechnologie und Automation. Er beschäftigt sich seit fünf Jahren intensiv mit der Robotik und betreut Philipp und Marvin in diesem Bereich der Ausbildung. Teilnehmer des Projekts „Roboter in der Ausbildung“ ist auch Tobias Dambacher. Tobias schloss seine Ausbildung als Industriemechaniker bereits ab und sammelte in den vergangenen drei Jahren erste berufliche Erfahrungen. Als ein Schulungstermin beim Roboterhersteller Fanuc ansteht, nehmen die Vier die Roboterzelle zum ersten Mal genauer unter die Lupe. Bei dem 6-Arm Roboter handelt es sich um eine Schulungszelle, die für Ausbildungsstätten, Schulen und andere Lehrorte gedacht ist. Mit ihr lassen sich Grundkenntnisse im Programmieren und Bedienen von Robotern vermitteln. „Schulungstechnisch war die Zelle ideal, aber unsere internen Fertigungsprozesse, etwa ein Werkzeugwechsel an Maschinen oder die Laservermessung ließen sich damit nicht simulieren“, erklärt Ernsperger. „Dafür war einfach nicht genug Platz vorhanden.“

Das Team beschließt, die Zelle zu erweitern und umzubauen:

• Es soll möglich sein, betriebsspezifische Abläufe in der Werkzeugfertigung zu simulieren, als Vorbereitung auf den künftigen Einsatz von Robotern in einzelnen Produktionsbereichen. 
• Der Roboter soll so einfach zu bedienen sein, dass auch Anfänger ohne Vorwissen gezielt klarkommen. 

Gut ein Jahr später stellten Marvin und Philipp, gemeinsam mit Martin Ernsperger, Tobias Dambacher und Uwe Heßler, Leiter der Aus- und Weiterbildung bei MAPAL, das Ergebnis ihrer Arbeit vor. Dazu luden sie die Vertreter der am Projekt beteiligten Unternehmen sowie die Lehrer der Technischen Schule zu einem Vor-Ort-Termin ein. Marvin und Philipp hatten sich zunächst mit der Anleitung zum Betrieb der Roboterzelle beschäftigt. Sie fügten eigene Texte sowie erklärende Bilder ein, um sie leichter verständlich zu machen. „Wir konnten uns dadurch gut in die Materie einarbeiten.“ Im nächsten Schritt erweiterten sie das Gehäuse der Roboterzelle um das Doppelte. Nun war Platz für neue Komponenten: Eine montierbare Maschinentür mit Kollisionserkennung, Nullpunktspannsysteme im Kleinformat, Ablagesysteme für Greifer und Werkzeuge, einen Werkzeugwechseladapter, ein Lasermesssystem, einen zweiten Schaltschrank sowie Taster und Schalter als Ergänzung zum Bedienpanel. 

Die mechanischen Teile fertigten Marvin und Philipp im Ausbildungszentrum selbst an. Bei der Elektronik und der Programmierung der Software sowie bei der Auswahl zusätzlicher Komponenten arbeitete das Team eng mit der Technischen Schule Aalen sowie den Firmen Fanuc und Mössner zusammen. Mössner ist Anbieter von Sonderlösungen in den Bereichen des Maschinenbaus, der Automatisierungstechnik sowie der Robotik.

Die einzelnen Prozessschritte bei der Bearbeitung eines Werkzeuges lassen sich mit Hilfe der eingebauten Taster und Schalter auf einfache Weise darstellen. Ideal also für Anfänger. Bei der Präsentation steuert Philipp den Prozess zunächst über ein spezielles Bedienpanel. Vom Öffnen der Maschinentüre, über die Aufnahme des zu bearbeitenden Werkzeugs bis hin zum Einführen in die Spindel. Nach der simulierten Bearbeitung wird das Werkzeug vermessen. Anschließend sortiert es der Greifer wieder in das eingebaute Regalsystem ein. Alles funktioniert auch im Automatikmodus und mit hoher Geschwindigkeit, was Philipp im Anschluss demonstriert. 

Marvin und Philipp sind stolz auf ihre Leistung und konnten sich viel Wissen rund um den Roboter aneignen. Wie wichtig das ist, wissen die Experten. Die Automatisierung und der Einsatz von Robotern werden die Produktion langfristig verändern. Umso wichtiger sei es, den Nachwuchs frühzeitig vorzubereiten. Das Thema müsse noch stärker in Schule und Ausbildung verankert werden. „MAPAL hat gezeigt, wie es geht“, sagte Jens Mühlegg, Technical Sales Support Universities and Education Centers bei Fanuc. Studiendirektor Thomas Dietrich und Jens Kinzler, Lehrer Abteilung Metall, beide unterrichten an der Technischen Schule Aalen, bezeichneten die Zusammenarbeit als ein Musterbeispiel für eine gelungene Lernkooperation. „Das ist Lernen am realen Objekt“ kommentierte Christian Kunz, Leiter Forschung und Entwicklung bei Mössner, den gelungenen Umbau.

Die aufgerüstete Roboterzelle wird nun auf breiter Front im Einsatz sein: Alle Auszubildenden, ob zum Zerspanungsmechaniker, zum Industriemechaniker oder zum Mechatroniker, werden im Ausbildungszentrum von MAPAL an diese innovative Technologie herangeführt. 

Philipp und Marvin stehen derweil in ihren Abschlussprüfungen. Ihre Ausbildungszeit wurde wegen guter Leistungen um ein halbes Jahr auf drei Jahre verkürzt. Und Tobias Dambacher will sich weiterqualifizieren. Im Herbst beginnt er die Ausbildung zum Techniker in der Fachrichtung Mechatronik und Automatisierungstechnik. Die Schule hat ihm eine Aufnahmezusage erteilt.