Und wer hat’s erfunden? Nein, nicht die Kräuterbonbons, die Delta Roboter!

"Und wer hat’s erfunden?" Der bekannte Slogan aus der Werbung für ein Schweizer Kräuterbonbon ist in aller Munde. Die Schweiz kann neben Kräuterbonbons aber noch ganz andere Erfindungen vorweisen. Eine davon ist der Delta Roboter, der heute weltweit in der Verpackungsindustrie eingesetzt wird. Erfunden hat den spinnenartigen Roboter der Westschweizer Professor Reymond Clavel an der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).

Delta Roboter sind hängend montiert und verfügen über drei um 120 Grad versetzte Armsysteme, bestehend aus Ober- und Unterarmen. Durch die Parallelschaltung der drei Armsysteme zählen die Delta-Roboter zu den parallelkinematischen Maschinen. Sie verfügen dank ihres Aufbaus über dynamische Vorteile gegenüber klassischen Knickarmrobotern.

Ein Schweizer Unternehmen, das sich voll und ganz den Delta Robotern verschrieben hat, ist die Veltru AG in Feuerthalen. Deren Geschäftsführer Hans A. Schuler beschäftigt sich seit Jahren mit Kinematik, so auch bei unserem Besuch in Feuerthalen. Als wir ankommen, wertet er gerade Simulationsergebnisse für eine neue Anlage aus.

Langjährige Erfahrung mit Delta Robotern
Schuler arbeitete nach seinem Maschinenbaustudium an der EHT Zürich bei der Schweizer Industrie Gesellschaft (SIG) im Bereich Delta Roboter. Diese waren damals noch patentgeschützt und SIG war durch die Akquisition des Westschweizer Unternehmens Demaurex exklusive Lizenznehmerin geworden. Nach seiner Zeit bei SIG gründete Schuler 2008 zusammen mit einigen Kollegen aus jener Zeit die Veltru AG. Heute besteht Veltru aus einem eingespielten Team von Systemintegratoren und Anlagenbauern. Die Delta Roboter von Veltru kommen weltweit zum Einsatz.

Roboter verpacken 2000 Artikel pro Minute
Bei den meisten Verpackungsanlagen sind mehrere Delta Roboter hintereinander zu einer sogenannten Roboterstraße geschaltet. Veltru sorgt mit ihrer Steuerungs-Software dafür, dass sämtliche Roboter einer Roboterstraße optimal ausgelastet werden. Schuler vergleicht das System mit dem Straßenverkehr: «Passieren Fahrzeuge eine einspurige Straße mit der gleichen Geschwindigkeit, ist das wesentlich effizienter, als wenn Fahrzeuge unterschiedlich schnell unterwegs sind. Dann behindern sie sich gegenseitig.» Roboterstraßen von Veltru verpacken bis zu 2000 Artikel in der Minute. Doch nicht die Leistung allein macht Delta Roboter zu unentbehrlichen Helfern in der Verpackungsindustrie, sondern auch ihre Flexibilität.

Heute werden identische Produkte für verschiedene Abnehmer unterschiedlich verpackt. Dabei unterscheidet sich nicht nur das Design der Verpackung, sondern meist auch deren Format sowie die Anzahl Artikel pro Verpackung. Mit den flexiblen Delta Robotern lassen sich Änderungen des Prozesses innert Minuten realisieren.

Veltru kommt vor allem bei herausfordernden Anwendungen zum Zug
Gemäss Schuler entschieden sich Kunden vor allem dann für Veltru, wenn es um mehr gehe, als um reine Pick-and-Place-Anwendungen. Und das sei in der Verpackungsindustrie oft der Fall, so Schuler.

Ein Trend, der sich in der Lebensmittelbranche bereits durchgesetzt hat, sind Waren in Packungen mit einem vorgegebenen Gesamtgewicht und einem Fixpreis. Werden beispielsweise Packungen an sechs Äpfeln angeboten, sorgen die Roboter dafür, dass alle Packungen annähernd gleich schwer sind. Müssten die Sechserpackungen von Hand abgefüllt werden, wäre ein einheitliches Gewicht kaum möglich. Die Roboter hingegen stellen dank Sensoren und anspruchsvollen Algorithmen die Früchte so zusammen, dass beinah identisch schwere Packungen entstehen.

Intelligente Roboter bewähren sich
Ein weiteres Beispiel für den anspruchsvollen Einsatz von Delta Robotern ist das qualitätssortierte Ablegen von Waren. So sind Roboter dank integrierter Bilderkennung in der Lage, Waren nach definierten Kriterien zu sortieren – daraus resultieren beispielsweise Packungen mit optisch identischen Äpfeln. Früchte, die den definierten Kriterien nicht entsprechen, werden aussortiert und über andere Kanäle, bei denen das Aussehen weniger wichtig ist, in den Verkauf gebracht. Weiter sind die Roboter in der Lage Stichproben zu kontrollieren und so Qualitätsprobleme zu erkennen und dem entsprechenden Produktionslos zuzuordnen. Überhaupt ist die Nachverfolgbarkeit in der Lebensmittelbranche heute ein sehr wichtiges Thema.

Schuler sagt dazu: «Lebensmittelhersteller sind heute in der Lage, Produkte einem genauen Produktionslos zuzuordnen.» Käme es zu Rückrufaktionen, könne hier sehr spezifisch reagiert werden. Delta Roboter kombiniert mit entsprechenden Bildverarbeitungssystemen leisteten in Sachen Nachverfolgbarkeit wertvolle Dienste, so Schuler. Beispielsweise werden Daten aus vorgelagerten Prozessen wie der Produktion übernommen und dem entsprechenden Produkt mitgegeben. Der Delta Roboter erkennt das Produkt, verpackt es und gibt die Daten weiter an den Drucker, der die Verpackung beschriftet. Dadurch lässt sich jedes einzelne Produkt eines Produktionsloses rückverfolgen.

Alles aus einer Hand, von der Projektierung bis zum Support
Die Veltru AG versteht sich als Gesamtanbieterin, so liefert das Unternehmen nicht nur die Hardware, also die Roboter, sondern auch die Software. Diese passt Veltru je nach Anforderungen an und stellt sie dem Kunden zur Verfügung. Auch der entsprechende Source-Code wird dem Kunden mitgeliefert. Veltru unterstützt ihre Kunden von der Planung über die Implementierung inklusive Training-on-the-Job bis zum Support. Dabei liefert Veltru ihre Roboterstrassen grösstenteils an Maschinen- und Anlagenbauer, in seltenen Fällen auch an Endkunden. Die meisten Kunden stammen aus der Lebensmittelbranche, doch auch in der Pharma- und Kosmetikindustrie kommen zunehmend Delta Roboter zum Einsatz.

Zuverlässigkeit hat höchste Priorität
Der Ausfall von Verpackungsrobotern kann im schlimmsten Fall eine ganze Produktionsstraße zum Erliegen bringen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an Delta Roboter in Sachen Zuverlässigkeit. Veltru erfüllt diese dank der langjährigen Erfahrung und der konsequenten Bauteilauswahl. Hans A. Schuler sagt: «Wir setzen nur Komponenten ein, von denen wir hundertprozentig überzeugt sind.» Ein besonderes Augenmerk gilt dabei dem Steuerungsrechner. Nachdem das Vorgängerprodukt abgekündigt wurde, entschied sich Veltru für einen lüfterlosen Industriecomputer der Embedded-Spezialistin Syslogic. Ausschlaggebend dafür war gemäß Schuler deren kompromissloser Industrieansatz. Die Embedded Computer werden bereits während der Entwicklungsphase für den harten Industrieeinsatz ausgelegt. Dank eigener europäischer Fertigung hat Syslogic zudem die Qualität fest im Griff und garantiert eine langfristige Verfügbarkeit.

Florian Egger, Leiter Vertrieb bei Syslogic, sagt: «Unsere Embedded Computer kommen ohne bewegliche Teile aus und eignen sich für den 24/7-Betrieb unter Extremsituationen.» Zudem garantierte Syslogic eine Verfügbarkeit von mindestens zehn Jahren, so Egger.

Enge Zusammenarbeit während Projektphase
Neben Qualität und Verfügbarkeit war für Veltru die professionelle Unterstützung während der Projektphase sehr wichtig. Hans A. Schuler sagt: «Syslogic hat sich sofort in unser Projekt hineingearbeitet und die technischen Herausforderungen mit uns angepackt.» Auf den Syslogic Embedded Box Computern des Typs Compact 8 SL wird die von Veltru entwickelte, Codesys-basierende Steuerung betrieben. Dank den Quad-Core-Prozessoren der Atom-E3845-Serie bieten die Rechner genügend Spielraum für künftige Features. Zudem hat Syslogic ihre Box Computer auf die Anforderungen der Veltru Delta Roboter angepasst. So wurde ein NVRAM (Non-Volatile Random-Access Memory), also ein nichtflüchtiger Speicher integriert. Damit wird die Persistenz der Roboterdaten sichergestellt, das heisst, dass diese auch nach einem Stromausfall vorhanden sind. Zusätzlich hat Syslogic das BIOS und das Betriebssystem auf die Anforderungen von Veltru abgestimmt.

Veltru und Syslogic ergänzen sich
Gerade weil ungeplante Stillstandzeiten in der Verpackungsindustrie für hohe Kosten und viel Ärger sorgen, ist der zuverlässige Betrieb der Anlagen im 24/7-Betrieb elementar. Schuler sagt: «Wir sind überzeugt, dass wir mit Syslogic eine Partnerin gefunden haben, die den gleichen Qualitätsanspruch wie Veltru hat.» Bereits heute hätten sich die Syslogic Steuerungsrechner im Feldeinsatz bewährt. Für beide Unternehmen ist klar, dass sie die Zusammenarbeit künftig ausbauen wollen.

Die Delta Roboter von Veltru in Aktion – zum Youtube-Video