Handhabungsroboter

Handhabungsroboter haben die Prozesse rund um Wellpapp-Verpackungen nachhaltig verändert. Sie gehören zu den zentralen Technologien, um Produktivität, Prozesssicherheit und Effizienz in der Herstellung und Weiterverarbeitung von Wellpappe zu erhöhen. In Verbindung mit intelligenter Greiftechnik, Bildverarbeitung und standardisierter Schnittstellenkommunikation übernehmen sie wiederkehrende, ergonomisch anspruchsvolle oder taktzeitkritische Aufgaben entlang der gesamten Prozesskette von der Zuschnitt- und Bogenlogistik bis zur End-of-Line-Automatisierung. Durch ihre stabile Wiederholgenauigkeit, definierte Bewegungsbahnen und reproduzierbare Zyklen unterstützen sie eine planbare Ausbringung, reduzieren Ausschuss durch schonendes Handling und entlasten Mitarbeitende bei schweren oder monotonen Tätigkeiten. In modernen Verpackungslinien tragen sie damit wesentlich zur transparenten, datenbasierten Steuerung von Materialfluss, Beständen und Durchlaufzeiten bei.

Definition: Was versteht man unter Handhabungsroboter?

Automatisierungsbereich ist untrennbar mit dem Begriff des Handhabungsroboters verknüpft. Es handelt sich um spezialisierte Industrieroboter, die Aufgaben wie das Positionieren, Bewegen und Manipulieren von Objekten – in diesem Fall Excelsior-Wellpappe – übernehmen. Die Leistungsfähigkeit dieser Maschinen beruht auf der Kombination aus präziser Wiederholgenauigkeit, definierter Bahnführung, abgestimmter Greiftechnik und reproduzierbaren Taktzeiten. Handhabungsroboter werden je nach Anwendung als Knickarm-, SCARA-, Delta- oder Portalroboter ausgeführt und sind auf das sichere und schonende Bewegen von flächigen Zuschnitten, vorgefertigten Stanzteilen, Bündeln oder kompletten Verpackungseinheiten ausgelegt. Zudem lassen sich Greifwerkzeuge über Schnellwechsel adaptieren, sodass Formatanpassungen und Variantenwechsel ohne lange Stillstände möglich sind. Für den Einsatz in staubbehafteten Umgebungen der Wellpapp-Weiterverarbeitung werden häufig Schutzarten, Filter- und Absaugkonzepte sowie robuste Greifmaterialien berücksichtigt.

• Achskonfiguration und Kinematik: Typischerweise 4–6 Achsen (bei Portalen linear), ausgelegt auf präzise Punkt-zu-Punkt- oder Bahnbewegungen; Delta-Kinematiken für sehr schnelle Pick-and-Place-Aufgaben.
• Traglast und Reichweite: Von leichten Pick-and-Place-Aufgaben bis zum Handling schwerer Bündel, angepasst an Format, Steifigkeit und Masse der Wellpappteile.
• Wiederholgenauigkeit: Hohe Reproduzierbarkeit für definierte Übergabepositionen an Fördertechnik, Maschinen und Warenträger.
• Endeffektoren: Vakuumsauger, Flächengreifer, Klemm- und Parallelgreifer sowie kombinierte Greifsysteme für wechselnde Formate.
• Greiferwechsel: Manuelle oder automatische Wechselstationen zur schnellen Umrüstung bei Produktwechseln und saisonalen Schwankungen.
• Umgebungsbedingungen: Auslegung für Staub, Abrieb, Temperatur- und Feuchteschwankungen in der Wellpapp-Produktion.

Anwendungsgebiete von Handhabungsrobotern in der Wellpapp-Industrie

Handhabungsroboter kommen in der Wellpapp-Industrie in zahlreichen Bereichen zum Einsatz. Sie agieren als Assistenzsysteme, die das benötigte Material zuführen, Zuschnitte entstapeln, Bündel vereinzeln und Packgüter lagegenau an nachfolgende Stationen übergeben. Darüber hinaus manipulieren sie Transportmaterialien, übernehmen das Depalettieren und Palettieren, das präzises Positionieren von Paletten im Materialfluss und führen kamerabasierte Prüf- sowie Qualitätskontrollmechanismen durch. An End-of-Line-Stationen richten sie Kartonagen auf, fügen Einlagen ein, verschließen Einheiten und übergeben diese an Fördertechnik, Umreifung oder Stretchprozesse. In integrierten Verpackungslinien übernehmen Roboter zusätzlich das Lagenbild-Management, das Handling von Zwischenlagen und das sortenreine Bereitstellen von Faltschachteln für nachgelagerte Prozesse wie Etikettierung oder Kennzeichnung.

• Zuführung und Entstapelung: Vereinzeln von Zuschnitten, Ausrichten an Anschlägen, Übergabe an Flexo-, Druck- oder Stanzmaschinen.
• Format- und Variantenwechsel: Automatisches Umrüsten über Rezeptverwaltung und Greiferwechsel für unterschiedliche Formate.
• Kommissionierung und Bündelbildung: Geordnetes Stapeln nach Vorgabe von Lagenbildern, Zwischenlagenhandling.
• End-of-Line: Aufrichten, Einsetzen, Verschließen, Etikettieren und Übergabe an die Intralogistik.
• Qualitätssicherung: Anwesenheits-, Lage- und Maßprüfung mit 2D-/3D-Vision, Ausschleusen fehlerhafter Teile.
• Depalettieren/Palettieren: Aufnahme gemischter Stapel, Dreh- und Verschiebevorgänge, angepasst an Abmessungen und Stabilität der Wellpapp-Einheiten.
• Intralogistik-Schnittstellen: Bedienung von Fördertechnik, Pufferstrecken und Übergabestationen in verketteten Anlagen.

Technologie und Arbeitsprinzip von Handhabungsrobotern

Das Herzstück eines Handhabungsroboters ist seine motorisierte Einheit, die eine kinematische Kette bildet. Diese Einheit ermöglicht es dem Roboter, seinen „Arm“ und „Hand“ in mehreren Raumachsen zu bewegen. Durch die abgestimmte Regelung von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung entsteht eine wiederholgenaue Bewegung entlang vorgegebener Bahnpunkte. Die gesteuerte Kraft und Präzision, mit der Handhabungsroboter agieren, unterscheidet sie von rein manuellen Systemen und reduziert prozessbedingte Schwankungen. Ergänzend kommen Trajektorienplanung mit Beschleunigungs- und Ruckbegrenzung, Kollisionsüberwachung sowie sichere Zustandsüberwachung zum Einsatz, um auch bei wechselnder Produktgeometrie stabil zu produzieren.

Greiftechnik und Sensorik

• Vakuumtechnik: Flächensauger und Vakuummatrizen für großflächige, poröse Wellpappzuschnitte; Anpassung an Steifigkeit und Oberflächenbeschaffenheit. Ejektoren oder Vakuumpumpen werden hinsichtlich Energiebedarf, Unterdruckniveau und Reaktionszeit ausgelegt, Filter schützen vor Staub und Abrieb.
• Mechanische Greifer: Klemm- und Parallelgreifer für Bündel, gebundene Stapel oder Trays; Schutzauflagen zum schonenden Greifen.
• Kombinierte Lösungen: Wechselgreifer oder modulare Greifköpfe für wechselnde Produktgeometrien und Taktzeiten.
• Sensorgestützte Lageerkennung: Lichttaster, Lasermesstechnik und Bildverarbeitung für genaue Aufnahme- und Ablagepositionen. 2D-/3D-Vision ermöglicht die Lagekorrektur bei Toleranzen und das Erkennen von Lücken, Überhängen oder Verzug.

Steuerung, Integration und Datenfluss

• Schnittstellen: Standardisierte Protokolle zur Kommunikation mit SPS, Fördertechnik, Waagen und Prüfsystemen; Feldbus- und Ethernet-basierte Anbindungen für deterministische Datenübertragung.
• Programmierung: Teach-in von Aufnahmepunkten, Bahnplanung, Rezeptverwaltung für Formate und Varianten.
• Prozessüberwachung: Monitoring von Zyklen, Greifqualität, Vakuumniveau und Störmeldungen zur vorbeugenden Instandhaltung.
• Datenintegration: Übergabe von Prozess- und Qualitätsdaten an übergeordnete Systeme zur lückenlosen Rückverfolgbarkeit in Verpackungslinien.

Sicherheit und Normen in der Handhabung von Wellpapp-Verpackungen

Bei der Auslegung von Roboterzellen in der Wellpapp-Industrie steht die Sicherheit im Vordergrund. Eine Risikobeurteilung definiert Schutzeinrichtungen wie trennende Schutzzäune, Lichtgitter oder Laserscanner. Abhängig von Anwendung und Kollisionsrisiko kommen sichere Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung sowie Kraft- und Momentbegrenzungen zum Tragen. Auch die sichere Kommunikation zwischen Robotersteuerung, Fördertechnik und Peripherie ist wesentlich, damit definierte Übergabepunkte zuverlässig eingehalten werden. Ergänzend werden Not-Halt-Konzepte, Wartungszugänge und Kennzeichnungen so umgesetzt, dass Bedienung und Instandhaltung strukturiert erfolgen können.

Vor- und Nachteile von Handhabungsrobotern

Handhabungsroboter bieten der Wellpapp-Industrie viele Vorteile. Sie heben schwere Lasten und positionieren sie mit hoher Genauigkeit. Sie erhöhen die Produktionsgeschwindigkeit, stabilisieren Taktzeiten und reduzieren den Bedarf an manuellen Eingriffen. Zudem verbessern sie die Arbeitsbedingungen, indem körperlich belastende Tätigkeiten minimiert und Wiederholarbeiten automatisiert werden. Eine gleichbleibende Qualität, geringere Fehlerquoten und eine nachvollziehbare Prozessdokumentation sind weitere Effekte. Darüber hinaus erleichtert die Standardisierung von Greif- und Übergabepunkten die Skalierung von Linienkapazitäten und die Integration zusätzlicher Verpackungsschritte.

Allerdings gibt es auch Herausforderungen bei der Verwendung von Handhabungsrobotern. Hohe Anfangsinvestitionen, der Engineering-Aufwand für Zellenlayout, Greifer- und Sicherheitskonzept sowie die Notwendigkeit einer qualifizierten Schulung der Mitarbeitenden sind zu berücksichtigen. Staub und Abrieb können die Vakuumtechnik beeinflussen, Verschleißteile erfordern Wartung, und Störungen oder Ausfälle beeinträchtigen den Produktionsfluss. Zusätzlich ist eine stabile technologische Infrastruktur mit verlässlicher Fördertechnik, Materialbereitstellung und klar definierten Übergabepunkten erforderlich. Ebenso sollten Energiekosten (z. B. für Druckluft) und Flächenbedarf in der Gesamtbetrachtung berücksichtigt werden, um eine ausgewogene Auslegung zu erreichen.

Wirtschaftlichkeit und Kennzahlen

Für die Beurteilung des Nutzens von Handhabungsrobotern in Verpackungsprozessen sind messbare Kennzahlen hilfreich. Wesentlich sind Taktzeit, Anlagenverfügbarkeit, Ausschussquote sowie der Durchsatz pro Schicht. Ergänzend werden mittlere störungsfreie Zeiten und Wiederanlaufzeiten betrachtet, um Wartungsfenster zu planen. Eine transparente Erfassung dieser Kennzahlen unterstützt die Bewertung von Investition, laufenden Betriebskosten und Amortisationsdauer. In der Praxis werden Verbesserungen oft über optimierte Lagenbilder, verkürzte Wege, reduzierte Greifzyklen und eine angepasste Greifergeometrie erreicht.

Wartung, Verfügbarkeit und Instandhaltung

Ein strukturiertes Wartungskonzept sichert die Verfügbarkeit der Roboterzelle. Dazu zählen regelmäßige Prüfungen der Vakuumerzeugung, das Reinigen von Filtern, die Kontrolle von Saugern und Schutzauflagen sowie das Nachziehen mechanischer Verbindungen. Softwareseitig helfen Zustandsüberwachung und Alarmmanagement, Abweichungen früh zu erkennen. Durch präventive Maßnahmen lassen sich Stillstände reduzieren, und Verschleißkomponenten können planbar getauscht werden. Eine klare Dokumentation von Parametern und Rezepten erleichtert den Wiederanlauf nach Formatwechseln oder Instandhaltungsarbeiten.

Nachhaltigkeit und Ergonomie

Handhabungsroboter unterstützen eine ressourcenschonende Verpackungsproduktion. Schonendes Greifen verringert Beschädigungen an Wellpappzuschnitten und senkt damit Nacharbeit und Abfall. Energetisch sinnvoll ausgelegte Vakuumsysteme mit Leckageüberwachung reduzieren Druckluftverbräuche. Gleichzeitig verbessert die Automatisierung ergonomische Bedingungen, da Heben, Drehen und Stapeln schwerer Bündel automatisiert werden. Dies fördert konstante Arbeitsqualität und trägt zu einer ausgewogenen Belastung der Mitarbeitenden bei.

Praxisanforderungen und Auslegung in der Wellpapp-Industrie

• Materialeigenschaften: Beachtung von Porosität, Flächengewicht, Feuchte und Verzug bei der Greiferwahl.
• Formatbereich: Definition von Minimal- und Maximalformaten, Lagenbildern und Stapelhöhen.
• Taktzeitvorgaben: Balance aus Greiffläche, Saugeranzahl, Wegeplanung und Beschleunigung.
• Flexibilität: Rüstkonzepte für häufige Produktwechsel, z. B. über Schnellwechsel und Rezepte.
• Sicherheit: Risikobeurteilung, Schutzbereiche, Sensorik und sichere Steuerungsfunktionen gemäß einschlägiger Normen.
• Umgebungseinflüsse: Berücksichtigung von Staubbelastung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Beleuchtung für zuverlässige Sensorik.
• Peripherieanbindung: Synchronisation mit Fördertechnik, Etikettierung, Umreifung und Stretchwickeln für stabile Übergaben.
• Rückverfolgbarkeit: Ablage von Prozessdaten und Prüfergebnissen zur Qualitätssicherung in Verpackungsprozessen.

Typische Fehlerquellen und Gegenmaßnahmen

• Unzureichender Unterdruck: Verwendung angepasster Saugergeometrien, Dichtschaum und regelmäßige Filterreinigung.
• Fehlende Lagegenauigkeit: Ergänzung um Anschläge, Kamerasysteme oder Kraft-Moment-Strategien zur Lagekorrektur.
• Greiferüberlastung: Überprüfung von Traglast, Beschleunigungsprofilen und Greifflächenverteilung.
• Störende Toleranzen: Einführung robuster Aufnahmepunkte, variable Greifstrategien und adaptive Rezepte.
• Materialverzug: Anpassung der Bahnplanung, Zwischenlagen oder zusätzlicher Stützelemente beim Handling.

Beispielhafte Prozesse in der Wellpapp-Weiterverarbeitung

• Entnahme aus dem Magazin: Roboter vereinzeln wellpappbasierte Zuschnitte, richten sie an Anschlägen aus und übergeben sie an die Druck- oder Stanzstation.
• Bündelhandling: Aufnahme, Drehen und exakt ausgerichtetes Ablegen von Bündeln auf Fördertechnik oder Warenträger.
• Zwischenlagenmanagement: Automatisches Aufbringen von Zwischenlagen zur Stabilisierung von Stapeln.
• End-of-Line-Palettierung: Lagenbildung, Stapelmanagement und Übergabe an nachgelagerte Sicherungsprozesse.
• Qualitätskontrolle: Anwesenheitsprüfung von Klebelaschen, Falzen und Kennzeichnungen mit kameragestützter Auswertung.
• Display- und Tray-Handhabung: Aufrichten, Befüllen und Bereitstellen von Trays sowie das Handling von Verkaufsdisplays aus Wellpappe.
• Rückführung und Pufferung: Gezieltes Ein- und Ausschleusen für Rework, Sortierung und kurzfristige Pufferstrecken.

Zusammenfassung:

• Handhabungsroboter sind spezielle Roboter, die in Lager-, Produktions- und Verpackungsprozessen eingesetzt werden und die damit die Effizienz und Präzision in diesen Bereichen steigern können.
• Diese automatisierten Maschinen können eine große Bandbreite von Materialien handhaben, einschließlich Wellpappe, was sie zu einem idealen Werkzeug für Unternehmen macht, die Verpackungsprozesse in dieser Art von Material automatisieren wollen.
• Mit der Integration von Handhabungsrobotern können Unternehmen die Sicherheit und Geschwindigkeit bei der Handhabung von Verpackungen aus Wellpappe erheblich verbessern, wodurch Zeit gespart und die Produktqualität gesteigert wird.
• Für die Auslegung sind Materialeigenschaften, Formatbereich, Taktzeiten, Greiftechnik und die Anbindung an Fördertechnik und Prüfsysteme maßgeblich.
• Vorteile wie konstante Qualität und ergonomische Entlastung stehen Investitions- und Wartungsaufwänden gegenüber, die bei Planung und Betrieb berücksichtigt werden müssen.
• Wesentliche Erfolgsfaktoren sind eine saubere Definition von Übergabepunkten, ein durchdachtes Zellenlayout, robuste Greiferkonzepte sowie eine transparente Datenerfassung für Qualität und Nachverfolgbarkeit.