Table Of ContentFlexible Demontage mit dem Industrieroboter
am Beispiel von
Fernsprech-Endgeraten
Von der Fakultat
Konstruktions-und Fertigungstechnik
der Universitat Stuttgart
zur Erlangung der WOrde eines
Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
genehmigte Abhandlung
vorgelegt von
Dipl.-Ing. Martin Kahmeyer
aus Dortmund
Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. H. J. Warnecke
Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. K. Langenbeck
Tag der Einreichung: 27.Juli 1994
Tag der mundlichen PrOfung: 08. Marz 1995
Martin Kahmeyer
Flexible Demontage mit
dem Industrieroboter
am Beispiel von
Fernsprech-Endgeraten
Mit 52 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest 1995
Oipl.-Ing. Martin Kahmeyer
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Stuttgart
Prof. Or.-Ing. Dr. h. c. mult. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Stuttgart
Prof. Or.-Ing. habil. Dr. h. c. H.-J. Bullinger
,0, Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13: 978-3-540-59390-4 e-ISBN-13: 978-3-642-47876-5
001: 10.1007/978-3-642-47876-5
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Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim
SPIN 10502664 62/3020-6543210
Geleitwort der Herausgeber
tiber den Erfoig und das Bestehen von Unternehmen in einer markt
wirtschaftlichen Ordnung entscheidet Ietztendlich der Absatzmarkt.
Das bedeutet, moglichst frtihzeitig absatzmarktorientierte Anforde
rungen sowie deren Veranderungen zu erkennen und darauf zu reagie
reno
Neue Technologien und Werkstoffe ermoglichen neue Produkte und er
offnen neue Markte. Die neuen Produktions- und Informationstechno
Iogien verwandein signifikant und nachhaitig unsere industrieIIe
Arbeitsweit. Politische und geseIIschaftIiche Veranderungen signa
Iisieren und begieiten dabei einen Wertewandel, der auch in unse
ren Industriebetrieben deutlichen Niederschiag findet.
Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vieifaitiger und an
spruchsvolier geworden. Die Integration des europaischen Marktes,
die Giobalisierung vieler Industrien, die zunehmende Innovations
geschwindigkeit, die Entwicklung zur Freizeitgeselischaft und die
tibergreifenden okologischen und sozialen Probleme, zu deren Losung
die Wirtschaft ihren Beitrag leisten muE, erfordern von den Ftih
rungskraften erweiterte Perspektiven und Antworten, die tiber den
Fokus traditionellen Produktionsmanagements deutlich hinausgehen.
Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten
Bereich sind heute schon feste Bestandteile innovativer Unterneh
men. Die Entkopplung der Arbeitszeit von der Betriebszeit, inte
grierte Planungsansatze sowie der Aufbau dezentraler Strukturen
sind nur einige der Konzepte, die die aktuellen Entwickiungsrich
tungen kennzeichnen. Erfreulich ist der Trend, immer mehr den Men
schen in den Mittelpunkt der Arbeitsgestaltung zu steIIen - die
traditionell eher technokratisch akzentuierten Ansatze weichen ei
ner starkeren Human- und Organisationsorientierung. Qualifizie
rungsprogramme, Training und andere Formen der Mitarbeiterent
wicklung gewinnen ais Differenzierungsmerkmal und ais Zukunftsin
vestition in Human Recources an strategischer Bedeutung.
Von wissenschaftlicher Seite muE dieses Bemtihen durch die Ent
wicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen
Analyse und Verbesserung des Systems Produktionsbetrieb ein
schlieElich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen unter
stutzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusam
menarbeit mit anderen Disziplinen, z.E. der Informatik, der Wirt
schaftswissenschaften und der Arbeitswissenschaft, Losungen zu er
arbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung tragen.
Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das
- Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der
Universitat Stuttgart (IFF),
- Institut fur Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT)
- Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung
(IPA),
- Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an
den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der
Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der
Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefuhrt, die fur die Praxis
von groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird
die Schriftenreihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben.
Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine Ubersicht uber
bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer
Verlag fur die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebots
palette und der Druckerei fur saubere und zugige Ausfuhrung. Mage
das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
H.J. Warnecke H.-J. Bullinger
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher
Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA),
Stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. H. J. Warnecke,
dem Leiter des Institutes und Prasidenten der Fraunhofer Gesellschaft, fOr seine
gro~zogige Forderung.
Herrn Professor Dr.-Ing. K. Langenbeck danke ich fOr die Obernahme des Mitberich
tes und fOr seine wertvollen Hinweise.
Herrn Professsor R.-D. Schraft und Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer sowie allen Kollegen
und Studenten am Institut, die mich durch ihre Mitarbeit und konstruktive Kritik unter
stotzt haben, danke ich an dieser Stelle. Vor allem die Anregungen von Herrn Dr.
Ing. H. Dreher, Herrn Dr.-Ing. G. KrOll und Herrn Dr. Ing. T. Schmaus waren fOr mich
sehr wertvoll.
Ganz besonders danke ich aber meiner Verlobten Isabelle fOr Ihre Geduld und Un
terstOtzung, ohne die diese Arbeit wohl nicht gelungen ware. Ihr soli dieses Buch
deshalb gewidmet sein.
Stuttgart, Marz 1995 Martin Kahmeyer
INHALTSVERZEICHNIS
o
AbkOrzungen und Eormelzeichen ............................................................ 12
1 Einleitung ................................................................................................. 16
1.1 Problemstellung ....................................................................................... 16
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise ............................................................ 17
2 Ausgangssituation .................................................................................... 18
2.1 Begriffe und Definitionen .......................................................................... 18
2.2 Stand der Technik .................................................................................... 19
2.2.1 Demontage in Serien ............................................................................... 19
2.2.2 Automatische Demontage ........................................................................ 20
3 Analyse des Ist-Zustandes der Demontage ............................................. 22
3.1 Reprasentativerhebung ............................................................................ 22
3.2 Analyse ausgewahlter Demontageaufgaben ........................................... 26
3.2.1 Demontagevorgange und Trennverfahren ............................................... 26
3.2.2 Produktzustande ........................ ", .......... , .... ,. """""" .............. """ ...... 27
4 Eoigerungen aus den Analyseergebnissen und Ableitung von
Anforderungen an Systeme zur flexiblen Automatisierung der
Demontage .............................................................................................. 29
4.1 Systemabgrenzung und Definition der Teilfunktionen .............................. 30
4.2 Anforderungen an Gesamtsysteme zur automatisierten Demontage ...... 31
4.3 Anforderungen an die Teilsysteme zur automatisierten Demontage ....... 31
4.3.1 Anforderungen an die Handhabungssysteme .......................................... 32
4.3.2 Anforderungen an die Trennsysteme ....................................................... 33
4.3.3 Anforderungen an die Demontagesteuerungssysteme ............................ 33
5 Konzeption von automatisierten Systemen zur Demontage .................... 35
5 1 Randbedingungen bei der Systemkonzeption ......................................... 35
5,2 Alternative Gesamtsysteme fOr die flexible Automatisierung der
~~~e .................................................................................... ~
5.2.1. Elnplatz-Demontagesysteme ................................................................. 36
5.3.2 Mehrplatz-Demontagesysteme ............................................................ 37
5.3 Konzeption der Teilsysteme fOr die flexible Automatisierung der
Demontage ..... .. .. ...... .... .. .. ........ .. ... ... .... . ................ .............. .. .... 38
531 Bereitstellungssysteme .......... "" """. """. """ .. "" .... " .... " .... "" ...... " 39
-10-
5.3.2 Handhabungssysteme ............................................................................. 40
5.3.3 Trennsysteme .......................................................................................... 42
5.3.3.1 Trennen durch Abnehmen I Entnehmen .................................................. 42
5.3.3.2 Trennen durch Losen der Verbindungselemente ..................................... 43
5.3.4 Demontagesteuerungssysteme ............................................................... 45
5.3.4.1 Ablaufsteuerung ....................................................................................... 45
5.3.4.2 Zustandserkennung ................................................................................. 46
6 Entwicklyng von Vertahren und Werkzeygen zur aytomatjsierten
Demontage von Schraubverbindungen ................................................... 50
6.1 Theorie des Zerlegeprozesses ................................................................ 50
6.2 Experimentelle Untersuchung der Einflusse auf den ZerlegeprozeI.L ..... 54
6.2.1 Einflusse auf die Formschlul.?erstellung ................................................... 55
6.2.2 Einflusse auf das Losen und Ausdrehen von Schrauben ........................ 56
6.3 Entwicklung von Verfahren zur Formschlul.?erstellung ............................. 59
6.3.1 Suchstrategien ......................................................................................... 60
6.3.2 Theorie der Formschlul.?erstellung mit drehender Linearschwingung ...... 61
6.3.3 Entwicklung von Funktionsmustern zur Formschlul.?erstellung ................ 68
6.4 Entwicklung von Verfahren zur Oberwachung des Zerlegeprozesses ..... 70
7 Realisierung einer Pilotzelle zur Demontage von Telefonen
Versuchsergebnisse ynd Foigeryngen ays den Versychen .................... 72
7.1 Analyse des Produktaufbaus ................................................................... 72
7.2 Versuchsaufbau ....................................................................................... 74
7.2.1 Gesamtaufbau ......................................................................................... 74
7.2.2 Teilsysteme .......................................................................................... 75
7.2.2.1 Handhabungssysteme ............................................................................. 75
7.2.2.2 Zerlegewerkzeug fUr Loseteile ................................................................. 76
7.2.2.3 Schraubendemontagewerkzeug .............................................................. 76
7.2.2.4 Zerlegewerkzeug fUr Schnappverbinder .................................................. 78
7.2.2.5 Werkzeug zum Zerspanen von Verbindungselementen .......................... 79
7.2.2.6 Sensorik zur Produktzustandserkennung und Prozel.?uberwachung ....... 80
7.2.2.7 Steuerung ................................................................................................ 81
7.3 Versuchsergebnisse ................................................................................ 82
7.3.1 Demontageablauf.. ................................................................................... 82
7.3.2 Demontagezeiten ..................................................................................... 86
7.3.3 Verfugbarkeit .......................................................................................... 87
7.4 Foigerungen aus den Versuchen ............................................................. 88
7.4.1 Demontagegerechte Produktgestaltung .................................................. 88
7.4.2 Notwendige Weiterentwicklungen der Demontagetechnologie ................ 90
-11-
8 Zusammenfassung und Ausblick ............................................................. 91
9 Schrifttum ................................................................................................. 93
o
Abkurzungen und Formelzeichen
Grol1buchstaben
A mm2 Querschnittsflache
A mm Amplitude
AA Aufarbeitung
AB Aufbereitung
ASK Aul1ensechskantschraube
B mm Breite Schraubenschlitz
BT Basisteil
CCD Charge Coupled Device (Iadungsgekoppeltes
Bauelement)
CPU Central Processing Unit (zentrale Rechner-und
Steuereinheit)
D Dilatation( -sfilter)
DO Dem ontageobjekt
DSST Demontageschrittsteuerung
E Erosion( -sfilter)
Fax N Axialkraft Schrauberabtrieb
FR N Reibkraft
Fv N Vorspannkraft
GT Geratetreiber
GU Gabel-Unterbrecher
Hs mm Schrauberruckhub
HCL Salzsaure
INST Instandsetzung
IR Industrieroboter
ISK Innensechskantschraube
K Korrosionsklasse
KS Kreuzschlitzschraube
LKT Losekleinteil
M Median( -filter)
MA Nm Schraubausdrehmoment
MKabsch Nm Kopfabschermoment
MKu Nm Obertragbares Kopfmoment
MKv Nm Obertragbares Kopfmoment des verformten Schrau
benkopfes
MS Nm Schraubenanzugsmoment
