Strukturvergleich

Aug 16, 2023

Beim Green Frame-System ist in jedem Rohrende bereits eine Schraube vormontiert und wird mit einem Inbusschlüssel festgezogen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Lean Factory America LLC

Alle im Flexpipe-System verwendeten Rohre haben einen Durchmesser von 28 Millimetern und sind kunststoffummantelt. Zu den gebauten Strukturen gehören Werkbänke, verstärkte Regale und Durchlaufregale. Foto mit freundlicher Genehmigung von Flexpipe Inc.

Leichte und mittelschwere Konstruktionen – wie Wagen, Arbeitsstationen und Durchlaufregale – werden häufig mit dem Creform-System hergestellt. Einige Hersteller bauen auch komplexe Multifunktions-FTF und Racks mit Pick-to-Light-Fehlervermeidungssystemen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Creform Corp.

Viele Hersteller verwenden das MB-Baukastensystem zum Bau typischer Materialtransportwagen und Maschinenschutzvorrichtungen. Foto mit freundlicher Genehmigung von America LLC

Hersteller und Integratoren verwenden stranggepresste Aluminiumprofile mit T-Nuten für die oberen Abschnitte von Strukturen und kleinen Sockeln sowie für Schutzvorrichtungen, Arbeitsplätze und Lean-Manufacturing-Anforderungen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Bosch Rexroth Corp.

In der Kindheit gelernte Lektionen halten oft ein Leben lang. Das Gleiche gilt für erworbene Fähigkeiten, wie zum Beispiel das Bauen von Dingen mit Erector Sets, Legos und Lincoln Logs. Personen, die diese klassischen Spielzeuge beherrschen und Freude daran haben, sind höchstwahrscheinlich dieselben, die T-Nut-Strangpressrahmen, Rohr-Verbindungs- und Vierkantrohrsysteme verwenden, um modulare Arbeitsstationen, Durchlaufregale und andere Produktionsstrukturen für Hersteller zu bauen.

„Der Hauptvorteil modularer Systeme liegt in der Flexibilität, die sich über die gesamte Lebensdauer einer Struktur erstreckt“, sagt Keith Soderlund, Vizepräsident für Vertrieb bei Creform Corp. Creform bietet in den Vereinigten Staaten seit den frühen 1980er Jahren modulare Rohr- und Weichensysteme aus Stahl an , obwohl seine Muttergesellschaft, Yazaki Industrial Chemical Co., das Creform-System erstmals Mitte der 1960er Jahre in Japan entwickelte. „Die Möglichkeit, Dinge einfach zu bewegen und kleine Änderungen vorzunehmen, während die Struktur an Ort und Stelle bleibt, kann von unschätzbarem Wert sein.“

Flexpipe Inc. bietet auch ein Stahlrohr- und -verbindungssystem an, das 2009 entwickelt wurde, um Bombardier Research Products (BRP) dabei zu helfen, die Flexibilität seiner Spyder-Produktionslinie (dreirädriges Motorrad) zu verbessern. Zuvor schweißte Flexpipe Routenwagen, mit denen BRP Teile vom Lager zum Montageband brachte.

„BRP wollte seine Linie mit modularen Wagen, Arbeitsstationen und Durchlaufregalen neu gestalten“, erklärt Julien Depelteau, Mitbegründer und CEO von Flexpipe. „Wir haben eng mit dem Teamleiter von BRP zusammengearbeitet und uns auch mit den Monteuren getroffen, um Dinge wie die optimale Komponentenhöhe und maximale Gewichtskapazitäten zu besprechen. Innerhalb weniger Monate haben wir unser System erstellt, mit dem BRP dann problemlos die Strukturen für seine neue Montagelinie bauen konnte.“ "

Flexpipe und Creform sind zwei von mehreren Anbietern, die Rohr- und Verbindungsprodukte herstellen. Ebenso viele bieten Systeme an, die auf stranggepressten Aluminiumrahmen mit T-Nuten oder Vierkantrohren basieren. Alle diese Systeme bieten Herstellern im Allgemeinen und Konstrukteuren im Besonderen Vorteile. Hersteller sind in der Lage, schnell und einfach eine Vielzahl von Montagelinienkomponenten (Wagen, Arbeitsstationen, Anzeigetafeln usw.) mit minimalem Kapitalaufwand neu zu konfigurieren. Ingenieure können mehr Zeit damit verbringen, Montageprozesse zu optimieren, anstatt jede Montagemaschine von Grund auf neu zu konstruieren.

Bereits Anfang der 1980er-Jahre bot die Bosch Rexroth AG ihren Kunden regelmäßig Führungen durch ihre deutschen Werke an, um zu zeigen, wie das Unternehmen Automobilkomponenten und andere Teile mithilfe von Produktionslinien für die allgemeine Montage herstellte. „Oft fragten Kunden nach dem Aluminiumrahmen, den Bosch rund um seine Maschinen verwendet“, bemerkt Chris Lupfer, Produktverkaufsleiter bei Bosch Rexroth Corp. (BRC). Diese ständigen Anfragen überzeugten Bosch, den Rahmen als flexible Alternative zu geschweißtem Stahl an Hersteller in Europa zu verkaufen.

BRC verkauft seit Anfang der 1990er Jahre Rahmen in den Vereinigten Staaten. Zu den Endbenutzern zählen OEMs, Tier-1-Unternehmen und Integratoren, die so unterschiedliche Branchen wie medizinische Geräte, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik bedienen.

„Etwa 25 Jahre später bleiben geschweißte Stahlkonstruktionen unsere Hauptkonkurrenten für Schwerlastanwendungen, aber Aluminiumrahmen sind bei allen anderen Anwendungen geradezu explodiert“, sagt Paul Koziczynski, Vertriebsleiter bei BRC. „Die meisten Hersteller und Integratoren verwenden Aluminium für die oberen Abschnitte von Strukturen und kleinen Sockeln sowie für Schutzvorrichtungen, Arbeitsplätze und Lean-Manufacturing-Anforderungen.“

Das Rahmensystem von Bosch besteht aus T-Nut-Aluminium-Strangpressprofilen, Verbindern, Komponenten und Zubehör. Laut Koziczynski stehen mehr als 125 Standard-Extrusionsprofile zur Verfügung, die von 20 Millimetern im Quadrat bis zu einer Größe von 180 x 360 Millimetern reichen. Kunden können jedes Profil mit einer Gehrungssäge auf die gewünschte Länge zuschneiden.

Die quadratischen Profile verfügen auf jeder Seite über eine T-Nut mit einer Breite von 6, 8 oder 10 Millimetern. Kleinere Profile verfügen über schmalere Schlitze, da sie weniger Gewicht tragen und kleinere Anschlüsse erfordern. Bei größeren Profilen ist das Gegenteil der Fall.

Spezialprofile werden für Reinraum- und Antistatikanwendungen oder andere Anwendungen angeboten, die eine schöne Ästhetik erfordern. Diese Profile verfügen über glatte Seiten, um die Ansammlung von Schmutz oder Staub zu begrenzen. Reinraumanwendungen werden mit Spezialbeschlägen und Dichtungen verbunden, die für eine geringe Partikelbildung und eine Beständigkeit gegenüber Acetonen ausgelegt sind. Um statische Entladungen zu verhindern, sind alle Kunststoffteile mit Kohlenstoff imprägniert und die Metallmuttern sind für die Leitfähigkeit gezahnt.

Laut Lupfer können mit diesem System mehr als 25 Arten von Aluminiumverbindern verwendet werden. Nachdem ein Profil im Verbinder positioniert ist, setzt der Monteur eine Torx- oder Innensechskantschraube, einen Bolzen oder eine selbstschneidende Schraube ein und zieht sie mit einem Handschlüssel fest, um eine Ecke zu erstellen. Dies wird viermal durchgeführt, um einen Rahmen zu erstellen. Für den Auf- und Abbau des Systems ist kein weiteres Werkzeug erforderlich.

An den Rahmenseiten werden Tischplatten, Seitenwände, Fußstützen und viele andere Komponenten befestigt, um Strukturen wie Wartungswagen, Maschinenschutz, Montagebänke, Durchlaufregale, Arbeitsplätze und manuelle Förderbänder zu schaffen. Das Zubehör reicht von Rollen und Profilkappen bis hin zu Schwenkhalterungen, verstellbaren Halterungen zwischen zwei Oberflächen und Kabelträgern.

Das MB Building Kit System (MBBKS) aus extrudiertem Aluminium von Item America LLC lässt sich auf Deutschland in den frühen 1980er Jahren zurückführen. Die Muttergesellschaft des Zulieferers, die item Industrietechnik GmbH, baute bereits seit 1976 Maschinen für die Montage und entwickelte anschließend ihre Extrusionsanlage, um den Kunden mehr Flexibilität bei Konstruktion und Montage zu geben.

Philipp Herrmann, CFO und Executive Vice President für Vertrieb und Marketing bei item America, sagt, dass die US-Distributoren MBBKS seit 20 Jahren anbieten. Derzeit umfasst es fast 3.500 Profile, Steckverbinder und Zubehör. Jährlich kommen etwa 100 neue Komponenten hinzu.

Die Profile reichen von 20 Millimetern im Quadrat bis zu 160 mal 320 Millimetern und sind in fünf Versionen, sogenannten Linien, erhältlich. Jede Zeile ist entsprechend ihrer Schlitzbreite in Millimetern nummeriert. Die Linien 5 und 6 sind wirtschaftliche Extrusionen, die speziell für Prüfgeräte und die Elektronikindustrie entwickelt wurden. Profile der Linie 8 halten einer Zugbelastung von bis zu 5.000 Newton stand und sind somit robust genug für vielfältige Einsatzbereiche.

Herrmann sagt, dass Profile der Linie 10 dann zum Einsatz kommen, wenn schwere Lasten abgestützt werden müssen, aber der Platz begrenzt ist. Diese Profile sind für eine Zugbelastung von bis zu 7.000 Newton pro Schraubverbindung ausgelegt. Linie 12 ist das stärkste Profil und kann Auszugskräfte von bis zu 10.000 Newton pro Verbindung aufnehmen. Ebenfalls erhältlich sind Spezialprofile ohne Nuten, die als Kantenschutz oder Griffleisten dienen.

Monteure verbinden die Profile mit Verbindern und Zubehör mit verschiedenen Schrauben, Bolzen und T-Nutensteinen, die in den Schlitzen positioniert und mit Standard-Handwerkzeugen festgezogen werden. Bei Bedarf können Gewindelöcher in das Kernloch des Profils gebohrt werden.

Viele Hersteller nutzen das MBBKS zum Bau typischer Materialtransportwagen und Maschinenschutzvorrichtungen. Weitere Anwendungen sind verkettete und mobile Arbeitsplätze, Montageplattformen (für Luft- und Raumfahrtunternehmen), Kommissionierwagen, Kragarmregale und Regaleinheiten.

Sowohl item als auch Bosch verkaufen ihre Komponenten auf vier Arten: ungeschnittene oder vorgeschnittene Profile und Komponenten, die der Kunde einbaut; vorbestellte, anwendungsspezifische Kits, die Endbenutzer erstellen; und vollständig montierte Strukturen, die von einem örtlichen Händler hergestellt und geliefert werden. Laut Lupfer macht letzterer Ansatz einen erheblichen Teil des Umsatzes mit Extrusionssystemen von Bosch aus. Herrmann weist darauf hin, dass etwa 80 Prozent der MBBKS-Endnutzer in den USA eine Vormontage wünschen, im Vergleich zu 30 Prozent in Europa.

Das Toyota Production System (TPS) ist in der Montagewelt als erstes Modell für Lean Manufacturing bekannt. Eines der ersten Unternehmen, das Toyota bei der Einführung von TPS unterstützte, war Yazaki Industrial Chemical. Zuerst mit seinen industriellen Kunststoffbehältern und dann mit dem Creform-Rohr-und-Verbindungssystem (kurz für „Create a Form“).

„Eine unserer Stärken ist die große Anzahl von Teilen, aus denen Benutzer für den Bau aller Arten von Strukturen wählen können“, behauptet Soderlund. „Wir bieten mehr als 700 Teile an, von denen 20 Prozent in 80 Prozent der Zeit verwendet werden. Ein typischer Bausatz enthält Hunderte von Teilen, sodass der Endbenutzer alles herstellen kann, was er benötigt.“

Es stehen drei Größen von Stahlrohren (28, 32 und 42 Millimeter Durchmesser) und zwei Verbindungsarten (Metall und Kunststoff) zur Verfügung. Alle Rohre verfügen über eine 0,5 Millimeter dicke Verbundkunststoffbeschichtung, für hochfeste Anwendungen empfiehlt sich jedoch nur das 42-Millimeter-Rohr. Monteure können Rohre jeder Größe mit einer Kappsäge, einer Bandsäge oder einem manuellen oder elektrischen Rohrschneider schneiden. Gegen einen geringen Aufpreis bietet Creform auf Länge zugeschnittene Rohre an. Dieses Rohr ist an beiden Enden entgratet.

Das Rohr wird mit Metallverbindungen zusammengeklemmt und mit kostengünstigeren Kunststoffverbindungen verklebt. Das Zubehör kann am Rohrrahmen befestigt oder mit Befestigungselementen befestigt werden und umfasst Rollen, Profile, Kanäle, Füße, Kupplungen, Rohrklemmen und -halterungen, Etikettenhalter und Rollenbahnen. Die Befestigungselemente werden mit einem 5-Millimeter-Inbusschlüssel festgezogen.

„Die Hersteller haben die milden [d. h. einfachen Komponenten] übernommen und sind wild geworden“, sagt Soderlund. „Leichte und mittelschwere Strukturen sind unsere Nische, daher sehen wir viele Unternehmen, die einfache Wagen, Arbeitsstationen und Durchlaufregale herstellen, aber auch komplexe Regale mit Pick-to-Light-Fehlervermeidungssystemen und multifunktionalen AGVs [fahrerlose Transportfahrzeuge]. "

Das System von Flexpipe unterscheidet sich in mehreren Punkten. Alle Rohre haben einen Durchmesser von 28 Millimetern (mit Kunststoffbeschichtung), alle Verbindungen sind aus Metall (galvanisch schwarz oder vernickeltes Silber) und verschiedene Befestigungselemente (M6- und M8-Schrauben und -Muttern sowie Torx-, Senkkopf- und Vierkantschrauben) sind aus Metall bei der Montage verwendet werden. Die Befestigung erfolgt mit einem 5-Millimeter-Inbusschlüssel oder Bohrer.

Zu den Hauptstrukturkomponenten gehört eine breite Palette von Förderrollenschienen, Deckbelägen und Rollen. Es stehen mehr als 35 Zubehörteile zur Verfügung, darunter Nivellierplatten, Rohrverlängerungen, Y-förmige Stützen, Haken, Schubladenführungen und Anhängerkupplungen.

Laut Depelteau sind Hersteller in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobil, Haushaltsgeräte und medizinische Geräte die Hauptnutzer des Systems. Er weist darauf hin, dass sich der Umsatz des Unternehmens auf die Kunden aufteilt, die Komponenten kaufen und ihre eigenen Strukturen bauen, und auf die Kunden, die die Strukturen von Flexpipe vormontieren lassen.

Vor einigen Jahren trafen sich Vertreter des Rennradherstellers HRE Designs mit Depelteau, um ihren Bedarf an einem System zu besprechen, das die inneren und äußeren Felgenabschnitte eines Vierradsatzes während der Produktion, die durchschnittlich 13 Stunden dauert, nahe beieinander hält. HRE-Mitarbeiter und Produktionsleiter verbrachten viel Zeit damit, die Abschnitte auf Paletten, Karren und Regale zu laden und abzuladen oder in der Werkstatt nach Abschnitten zu suchen.

Mithilfe des Flexpipe-Systems hat HRE einen Prototypen eines Black-Pipe-Kitting-Wagens entwickelt, auf den perfekt ein Vierradsatz passt (mit spezifischer Bestellnummer). Für jede Bestellnummer gab es einen eigenen Warenkorb, wodurch in der Fabrik ein One-Piece-Flow-Effekt entstand. Der Arbeitsauftrag folgte dem Fließwagen an einem einfachen Haken, der nicht entfernt werden konnte. Eilbestellungen wurden auf roten Wagen abgewickelt, Bestellungen zur Rücksendung von Waren auf blauen Wagen.

„Seit der Integration dieses Materialtransportsystems hat HRE seine Durchlaufzeit um 50 Prozent und die unfertigen Arbeiten (WIP) um 25 Prozent reduziert und gleichzeitig die Grundfläche um 50 Prozent vergrößert“, erklärt Depelteau. „Die Wagen bieten dank ihres Farbcodes und der FIFO-Bodenmarkierung eine bessere Bereitstellung, einen besseren Ablauf, eine bessere Auftragsverfolgung und ein besseres visuelles Management. Darüber hinaus wurden die Geh- und Bearbeitungszeiten verkürzt, da die Qualitätskontrollstation, die Montagelinie und die Verpackungsräume näher beieinander liegen.“ "

Obwohl der WIP reduziert wurde, folgte das HRE-Produktionsteam zunächst dem alten WIP-Niveau und baute schließlich zu viele Wagen. Anschließend bauten sie einige davon ab und bauten aus den Teilen einen Bedienertisch und andere hilfreiche Strukturen.

Das Green Frame-System vereint die Vorteile von Rohren mit der wachsenden Akzeptanz von Aluminium als brauchbarem Strukturmaterial, behauptet Kurt Greissinger, Vizepräsident von Lean Factory America LLC. Er sagt, dass hochwertige eloxierte Aluminiumrohre die gleiche Festigkeit wie Stahlrohre bei 40 Prozent weniger Gewicht bieten und so die Flexibilität gebauter Strukturen weiter erhöhen.

Green Frame ermöglicht das Mischen und Anpassen von mehr als 350 Teilen. Es gibt drei Rohrserien, die alle über eine externe Montagemöglichkeit in 90-Grad-Schritten verfügen. GF-Rohre gibt es je nach Anwendung mit 19, 28 oder 43 Millimetern Durchmesser und verschiedenen Formen. Dazu gehören Ausführungen mit funktionellen T-Nuten, verstärkten Wänden, der Möglichkeit der Teleskopierbarkeit untereinander sowie Doppelrohren für hochbelastbare Anwendungen.

Anschlüsse aus Zinkdruckguss oder Aluminium passen innerhalb oder außerhalb des Rohrs. Sie werden mit allen notwendigen Teilen vormontiert geliefert und können mit einem Inbusschlüssel schnell festgezogen werden. Die Steckverbinder gewährleisten in Kombination mit den 90-Grad-Montagefunktionen die Rechtwinkligkeit.

Plattenhalter, lineare und rotierende Teile, Türkomponenten und Füße sind die Schlüsselkomponenten, aus denen Hersteller Arbeitstische, Wagen, Wagen, Gestelle, Sichttafeln für den Produktionsstatus und Reinraumkabinen bauen. Das Zubehör variiert je nach Rohrtyp und umfasst Endkappen, Nivellierfüße, Rollen und Schnappleisten, um die Farbe des Rohrs schnell und einfach zu ändern.

„Der Hauptgrund für die Entwicklung von Green Frame waren Karakuri-Anwendungen“, bemerkt Greissinger. „Manche Kunden, die neu bei Karakuri sind, nehmen zu Beginn mehr auf, als sie ertragen können. Um die Lernkurve zu meistern, müssen sie praktisch mit dem System umgehen und dürfen keine Angst vor Experimenten haben.“

Das Ziel von Karakuri besteht darin, die Effizienz und Ergonomie zu steigern, indem Arbeiten mit geringem Energieaufwand für die Monteure erstellt werden. Gewöhnliche Kräfte wie Schwerkraft, Gegengewichte und Federn führen zu außergewöhnlichen Ergebnissen, die die Arbeitsbelastung des Bedieners minimieren und die ergonomischen Bedingungen verbessern können. Mit einem einzigen Hebeldruck oder Tritt auf ein Fußpedal kann das System in Gang gesetzt werden, um einen leeren Behälter gegen einen vollen auszutauschen oder Kartons im FIFO-Stil zu stapeln und zu entstapeln.

Ein Kunde, ein Landmaschinenhersteller, begann vor etwa 1,5 Jahren, das System ausschließlich für einfache Karren und Aufbauten zu nutzen. Das Unternehmen möchte Green Frame nun vollständig optimieren, indem es Karakuri-Komponenten hinzufügt, um seine eigenen halbautomatischen Durchlaufregale zu bauen.

„Einige [Leute] glauben, dass modulare Systeme aufgrund der von [einigen Lieferanten] verwendeten reibungsbasierten Verbindungen nicht robust genug sind, um den Anforderungen der Fertigung standzuhalten“, sagt Jake Sparks, Verwaltungs- und Vertriebsleiter bei Flex Craft LLC. „Fortschritte bei Direktschraubverbindungen lösen dieses Problem und sind in der Lage, Tausende von Pfund zu tragen.“

Flex Craft bietet seit 2006 ein Vierkantrohrsystem aus Stahl mit Direktverschraubung an. Die perforierten Rohre bestehen aus Baustahl mit Pulverbeschichtung (Standard- und codierte Farben) oder aus eloxiertem Aluminium mit Klarlackbeschichtung. Rohre werden in Standardlängen von 6 Zoll bis 10 Fuß Länge in 6-Zoll-Schritten geliefert. Maßgeschneiderte Längen sind auf Anfrage erhältlich.

Für das System werden gängige Schrauben und Muttern der Güteklasse 2 verwendet. Die Befestigungselemente werden mit einem 0,5-Zoll-Schraubenschlüssel festgezogen. Gelenke befestigen Rohre in verschiedenen Winkeln und bestehen aus 14-Gauge-Weichstahl mit vier strategischen Löchern. Zu den Typen gehören Universal- und Edge-Typen sowie Flush-, Inline-, Flat- und Offset-Gusset.

Das Zubehör reicht von Rahmenstützen und Plug-and-Play-Komponenten bis hin zu Türen, Schubladen, Anhängerkupplungen und Spezialartikeln. Starre oder drehbare Plattenrollen (mit oder ohne Seitenbremsen), Fußgestelle und Förderbänder sind separat erhältlich.

Weitere mit dem System erstellte modulare Konfigurationen reichen von einer pneumatischen Scherenhebebühne bis hin zu einem ergonomischen Ständertisch. Mit dem Kickstand-Tisch können Benutzer die Höhe der Arbeitsfläche anpassen, indem sie auf eine Querplattform steigen, und die Gewichtskapazität des Tisches ändern, indem sie die Drehpunktposition anpassen.

Zwei aktuelle Gewinner des ASSEMBLY Plant of the Year (POTY) nutzen Flex Craft ausgiebig, um mobile Vorrichtungen, Durchlaufregale, Materialhandhabungswagen und Arbeitsstationen nach Bedarf zu bauen und umzukonfigurieren. Polaris Industries Inc. nutzt das System in mehreren Einrichtungen, darunter Spirit Lake, IA, das den ASSEMBLY POTY 2015 gewann. AGCO setzt Flex Craft sowohl in seinen Werken in Hesston, KS, als auch in Jackson, MN ein, wobei letzteres den diesjährigen POTY-Award gewann.

80/20 Inc. bietet ein umfangreiches Sortiment an quadratischen eloxierten Ready Tube-Aluminiumprofilen für modulare Strukturen. Das Profil 9700 ist 1,5 Zoll im Quadrat und hat keine vorgebohrten Löcher. Es eignet sich für Rahmen und andere Anwendungen, die ein ästhetisches Aussehen und ein glattes, sauberes Erscheinungsbild erfordern. Nylonanschlüsse verbinden die Schläuche.

Das Profil 9701 ist ebenfalls 1,5 Zoll im Quadrat, verfügt jedoch über vorgebohrte Löcher in Abständen von 1,5 Zoll entlang jeder Seite. Diese Löcher nehmen Befestigungselemente auf und ermöglichen Anwendungen wie Fördertische, Schwerkraftregale und Materialtransportregale. Fast ein Dutzend anderer Profile verfügen über einen oder zwei Flansche auf jeder Seite, mit oder ohne vorgebohrte Löcher, für zusätzliche Tragfähigkeit.

Jim ist leitender Redakteur von ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre redaktionelle Erfahrung. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.