Sechsachs-Roboter

Für höchste Ansprüche: Roboter näht Auto-Interieur für Premiumfahrzeuge

| Autor / Redakteur: Ralf Högel* / Karin Pfeiffer

Mit dem Nähroboter gelingt die automatische Herstellung der Kurvennähte im Steppstich schnell, prozesssicher und wirtschaftlich.
Mit dem Nähroboter gelingt die automatische Herstellung der Kurvennähte im Steppstich schnell, prozesssicher und wirtschaftlich. (Bild: Independent Light/Yaskawa)

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Ein Hersteller von Nähautomaten setzt erstmals einen Sechsachs-Roboter für anspruchsvolle Nähapplikationen im Automobil-Interieur ein. Die neue Technologie erlaubt hochwertige Designs mit parallel verlaufenden Kurvennähten.

Bei KMF Maschinenbau hat die Herstellung von Nähautomaten Tradition. Seit 1973 ist das Unternehmen aus Schwäbisch-Gmünd darauf spezialisiert. Zählten seinerzeit in erster Linie Bekleidungshersteller zum Kundenkreis, kommt die Nachfrage heute überwiegend aus dem Automobilsektor – eine Klientel, die höchste Ansprüche an die Qualität stellt.

„Bei parallel verlaufenden Ziernähten an Ledersitzbezügen für Premiumfahrzeuge gelten Toleranzen von einer halben Fadenstärke“, spezifiziert Dietmar Kuhn, Betriebsleiter bei KMF die Anforderungen. „Bei einem 0,4 mm starken Faden bedeutet das eine Genauigkeit von 0,2 mm. Aus diesem Grund sind diese hochwertigen Kurvennähte im Parallelverlauf in Handarbeit kaum oder gar nicht herstellbar.“ Hinzu kommt, dass gut ausgebildete Näherinnen, die sich dem Stress durch höchste Konzentration bei Akkord- und Schichtarbeit aussetzen, nur schwer zu finden sind.

Um Kundenwünsche aus der Automobilindustrie nach dieser hochwertigen Optik erfüllen zu können, sind stets neue, innovative Lösungen gefragt. Unter dem Diktat von Qualität und Wirtschaftlichkeit sieht man bei KMF ein enormes Potenzial in der Robotik, um zu prozesssicheren Lösungen zu kommen. Das Unternehmen verfügt bereits über Robotik-Erfahrung beim automatischen Applizieren von Sprühklebern auf Polster und nutzte dieses Know-how für die Entwicklung der robotergestützten Nähtechnik.

Roboter schafft Wiederholgenauigkeit von 0,03 mm

Bei der Auswahl eines geeigneten Roboters spielten die Kriterien Dynamik, Reichweite und Präzision eine entscheidende Rolle. Da die Toleranz am fertigen Teil 0,2 mm beträgt und das Naturmaterial Leder bestimmten Schwankungen unterliegt, sollte es ein Sechsachser mit einer Wiederholgenauigkeit sein, die um etwa eine Zehnerpotenz besser ist. Zudem legte KMF großen Wert auf einen Roboterhersteller mit einem globalen Netzwerk, da die Nähautomaten zu über 75 % in den Export gehen.

„Nach intensiver Marktanalyse hatten wir die ideale Kombination gefunden, mit Yaskawa als Systempartner und dem Motoman GP7. Der Roboter ist mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,03 mm sehr präzise, die Reichweite geht mit knapp 1 m ebenfalls in Ordnung und dynamisch kann der Sechsachser mit unseren Nähmaschinen mithalten“, erzählt Kuhn. Dieser Roboter bildet die Basis für das vollautomatisierte Nähsystem Roqom 6000, das noch aus den Komponenten Nähmaschine, Bildverarbeitungssystem, Sicherheits-SPS sowie entsprechenden Schablonen besteht, in denen die Teile sicher fixiert sind.

Bereits zum Launch von Roqom 6000 muss die automatische Nähzelle ihre Performance bei einer anspruchsvollen Applikation unter Beweis stellen. Dabei geht es darum, parallel verlaufende Kurvennähte an Ledersitzbezügen für Fahrzeuge im Premiumsegment herzustellen. Der Aufwand mit diesen Ziernähten hat nicht nur optische Gründe, sondern erfüllt auch eine wichtige Komfortfunktion, wie Kuhn weiß: „Durch diese Absteppungen kommt es zu dreidimensionalen Verformungen der Oberfläche, die zu einer verbesserten Luftzirkulation beitragen und somit der Schweißbildung entgegenwirken.“

Roboter und Nähmaschine teilen sich Arbeitsschritte

Mit der Roboter-Nähzelle gelingt die automatische Herstellung der Kurvennähte im Steppstich schnell, prozesssicher und wirtschaftlich. Lediglich das Einlegen und Entnehmen des Artikels in der fest am Roboterhandgelenk montierten Schablone erfolgt noch manuell. Alle weiteren Arbeitsschritte teilen sich Roboter und Nähmaschine. Dabei fährt der Roboter exakt die vorgegebene Bahn des Nahtverlaufs im Takt der Nähmaschine ab. Auf den 0,1 mm genau bewegt, dreht und kippt der Motoman GP7 den Artikel und berücksichtigt in Echtzeit die Korrekturwerte der stationär angeordneten Bildverarbeitung, über die Toleranzen des Naturmaterials Leder ausgeglichen werden.

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Die Artikel, die die Anlage verlassen, weisen eine Qualitätsanmutung in einer Präzision auf, die in Handarbeit nicht zu realisieren wäre. „Wer unseren Nähroboter nicht kennt, wird sich zweifellos Fragen zum Herstellverfahren dieser Artikel stellen“, so Kuhn. Im Gegensatz dazu sind manuell geführte Nähprozesse fehleranfällig und erfordern eine intensive abschließende Qualitätsprüfung.

Sechsachs-Roboter reduziert Fehlerquote

Roqom 6000 hingegen dringt mit der Kombination aus Nähroboter und kameragestütztem Toleranzausgleich in ein neues Qualitätslevel vor. Durch den automatisierten Prozess lässt sich die Fehlerquote signifikant reduzieren, Ausschuss an den teuren Artikeln nahezu gänzlich vermeiden, die Liefertreue verbessern und Zeit sparen.

Sicher reproduzierbare Qualität und hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sind nur die eine Seite der Medaille. Was die Anwender aus der Automobilindustrie besonders begeistert, ist die neue Freiheit im Hinblick auf anspruchsvollste Nahtverläufe: „Der Kreativität der Designer sind im Hinblick auf Nahtverläufe nun kaum noch Grenzen gesetzt. Das wird sich in Zukunft im Interieurbereich auswirken und eine noch stärkere Individualisierung erlauben“, ist sich Kuhn sicher. Neben dem Nähen von Autositzbezügen liegen bei KMF bereits weitere Anfragen seitens der Automobilindustrie vor, bei denen es um Türtafeln für Seitenverkleidungen sowie um dreidimensionales Nähen am Armaturenbrett geht.

Zudem kann sich Dietmar Kuhn gut vorstellen, das robotergestützte Nähen auch in anderen Bereichen einzusetzen, wie beim Nähen von Filtern und technischen Textilien: „Die Möglichkeiten des Verfahrens sind endlos, eine aktuelle Anfrage betrifft das Roboternähen von Tüchern für Neugeborene.“

Nähprozesse für Industrie 4.0

Der Einsatz der Robotik samt modernster Steuerungstechnik schafft endlich die Voraussetzung, Nähprozesse in Industrie-4.0-Umgebungen einzubinden. Dabei lassen sich die modularen Stand-alone-Zellen einfach in bestehende Prozesse integrieren. Roqom 6000-Anlagen sind hochflexibel, sowohl im Hinblick auf die Umstellung auf andere Artikelvarianten sowie in puncto Anlagenerweiterung. So können einzelne Zellen Schritt für Schritt zu kompletten Fertigungslinien ausgebaut werden, bei denen die manuelle Bestückung und Entnahme der Artikel durch automatisierte Beschickungen substituiert werden.

Kuhn: „Wir können jetzt den eingesetzten Motoman GP7 auch durch Yaskawa-Sechsachser mit noch höherer Reichweite ersetzen, sodass wir auch Artikel mit größeren Dimensionen nähen können. Und wir können bei Bedarf auf unsere großen Säulennähmaschinen zurückgreifen, um dreidimensional arbeiten zu können. Unter diesen Voraussetzungen sehen wir großes Potenzial für das robotergestützte Verfahren als Basis für die Zukunft des Nähens.“

* Ralf Högel, freier Autor

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