CNC-Kleinserie automatisieren: Flexible Roboterlösung für High-Mix-Low-Volume-Fertigung

Wer in der Lohnfertigung arbeitet, kennt die Situation: Heute zehn Stück Flansche, morgen fünfzig Buchsen, übermorgen drei Prototypen. Das Teilespektrum wechselt täglich, die Losgrößen sind klein, und trotzdem soll die Maschine möglichst viele Stunden laufen. Klassische Automation – ausgelegt auf stabile Serien und gleichbleibende Teile – passt dazu nicht.

Dieser Artikel zeigt, warum kameragesteuerte Beladeroboter speziell für die Kleinserie und High-Mix-Low-Volume-Fertigung geeignet sind, was das konkret für Rüstzeiten und Wirtschaftlichkeit bedeutet – und welche Betriebe davon profitieren.

Das Vorurteil: Automation lohnt sich erst ab großen Stückzahlen

Warum klassische Automation in der Kleinserie scheitert

Traditionelle Beladesysteme arbeiten mit festen Vorrichtungen: Rasterplatten, Trays oder Inlays, in die Werkstücke exakt einsortiert werden müssen. Der Roboter fährt vordefinierte Koordinaten ab und greift die Teile an bekannten Positionen. Das funktioniert gut – solange immer dasselbe Teil läuft.

Sobald die Serie wechselt, beginnt der Aufwand: neue Inlays einlegen, Positionen neu einmessen, Greifer tauschen, System neu einrichten. Bei einem Serienwechsel alle paar Stunden summiert sich dieser Aufwand schnell zu mehr Zeit, als die Automation einspart. Das Ergebnis: Der Beladeroboter steht still, während der Bediener umrüstet – und die Wirtschaftlichkeit leidet.

Was sich verändert hat: Kameragesteuerte Systeme ohne Vorrichtungen

Kameragesteuerte Beladeroboter lösen dieses Problem grundlegend anders. Statt Werkstücke in feste Positionen zu sortieren, erfasst ein 3D-Kamerasystem die tatsächliche Lage jedes Teils im Bereitstellungsbereich. Der Roboter sieht, wo die Teile liegen – und greift entsprechend zu. Rasterplatten, Inlays und werkstückspezifische Vorrichtungen entfallen vollständig.

Das SherpaVision®-System des SherpaLoader® arbeitet nach diesem Prinzip: Ein Laserscanner erzeugt eine dreidimensionale Punktwolke des Bereitstellungsbereichs, die Software analysiert die Daten und berechnet die optimale Greifposition. Rohteile können einfach in die SpaceBox oder auf einen Tischwagen gelegt werden – ohne Einsortieren, ohne Schablone. Mehr zum Funktionsprinzip auf der Seite So funktioniert's.

Ab welcher Losgröße lohnt sich Automation wirklich?

Die entscheidende Kennzahl ist nicht die Losgröße, sondern die Maschinenlaufzeit. Solange eine Serie lang genug ist, dass die Maschine mindestens eine Stunde ohne manuellen Eingriff läuft, rechnet sich ein Beladeroboter. Das gilt auch bei Losgrößen von zehn oder zwanzig Stück – wenn der Serienwechsel schnell geht.

Bei einem kameragesteuerten System mit unter 5 Minuten Umrüstzeit kann eine Maschine täglich mehrere verschiedene Serien automatisiert abarbeiten. Die Summe dieser Stunden über Nacht und am Wochenende ergibt die wirtschaftliche Grundlage – unabhängig davon, ob einzelne Serien groß oder klein sind.

Was High-Mix-Low-Volume-Fertigung konkret bedeutet

Lohnfertiger und Auftragsfertiger: Das typische Teilespektrum

Ein typischer Lohnfertigungsbetrieb bearbeitet nicht ein Produkt in großen Mengen, sondern viele verschiedene Teile für unterschiedliche Kunden. Flansche, Buchsen, Wellen, Gehäuseteile, Halterungen – jeder Auftrag bringt andere Geometrien, andere Werkstoffe, andere Stückzahlen. Das Teilespektrum ist breit, die Losgrößen sind klein, und der Terminkalender lässt wenig Spielraum.

Genau dieses Umfeld stellt die höchsten Anforderungen an Flexibilität. Ein Automationssystem muss mit dieser Vielfalt umgehen können, ohne für jedes neue Teil eine aufwendige Einrichtung zu erfordern.

Das Problem mit wechselnden Serien und langen Rüstzeiten

In der Kleinserienfertigung ist die Rüstzeit ein kritischer Faktor. Wenn das Einrichten eines neuen Auftrags länger dauert als die eigentliche Bearbeitung, ist jede Form von Automation unwirtschaftlich. Viele Betriebe haben deshalb gar nicht erst über Automation nachgedacht – oder schlechte Erfahrungen mit Systemen gemacht, die für ihre Situation nicht geeignet waren.

Der Unterschied liegt im Bereitstellungskonzept: Systeme, die Werkstücke in festen Positionen erwarten, sind in der Kleinserie strukturell benachteiligt. Kameragesteuerte Systeme ohne Vorrichtungen sind es nicht.

Fachkräftemangel als Verstärker des Problems

Viele Lohnfertigungsbetriebe sind nicht nur mit wechselnden Serien konfrontiert, sondern gleichzeitig mit Personalmangel. Qualifizierte Zerspaner sind schwer zu finden und teuer. Wenn ein Facharbeiter seine Arbeitszeit damit verbringt, Rohteile einzulegen und Fertigteile zu entnehmen, fehlt diese Kapazität für anspruchsvollere Aufgaben – Qualitätsprüfung, Programmierung, Kundenbetreuung.

Automatisierte Maschinenbeschickung löst dieses Problem direkt: Die Maschine versorgt sich selbst, der Mitarbeiter übernimmt die wertschöpfenden Tätigkeiten. Bei ROLEC wurden durch den SherpaLoader® zeitintensive Routinetätigkeiten wie Reinigen, Registrieren und Neubestücken automatisiert – die Fachkräfte wurden für andere Aufgaben freigesetzt.

Warum kameragesteuerte Automation für die Kleinserie besser geeignet ist

Tray-basierte Systeme: Aufwand beim Serienwechsel

Tray- und Inlay-basierte Beladesysteme haben ihre Berechtigung bei stabilen Teilespektren. Ihr struktureller Nachteil in der Kleinserie: Für jeden Serienwechsel müssen die Trays manuell mit Rohteilen bestückt und in definierten Positionen ausgerichtet werden. Je nach System und Teilegröße dauert das 15 bis 30 Minuten – Zeit, in der die Maschine stillsteht.

Bei mehreren Serienwechseln pro Schicht summiert sich dieser Aufwand auf mehrere Stunden täglich. Der Beladeroboter spart Maschinenstillstand an einer Stelle, erzeugt ihn aber an anderer Stelle durch die Rüstarbeit.

3D-Kameraerkennung: Teile frei ablegen, Roboter findet sie

Das SherpaVision®-System des SherpaLoader® kommt ohne Trays, Inlays oder Rasterplatten aus. Rohteile werden einfach in den Bereitstellungsbereich gelegt – in die SpaceBox, auf einen Tischwagen oder auf eine Palette. Die 3D-Kamera erfasst jede Position und Orientierung individuell. Der Roboter greift die Teile nacheinander ab, angepasst an die tatsächliche Lage jedes einzelnen Werkstücks.

Das bedeutet: Es gibt keinen manuellen Einsortierschritt vor der automatisierten Produktion. Die Vorbereitung beschränkt sich auf das Bereitstellen der Rohteile – so wie man es auch beim manuellen Beladen tun würde.

Umrüstung in unter 5 Minuten – auch bei Losgröße 1

Wenn eine Serie abgearbeitet ist und die nächste beginnt, dauert der Wechsel am SherpaLoader® weniger als fünf Minuten. Es müssen keine Vorrichtungen getauscht, keine Positionen neu eingemessen und keine Inlays umgebaut werden. Der Bediener gibt die neue Werkstückgeometrie über die intuitive Dialogsteuerung am 17"-Touchdisplay ein – den Rest erledigt das System.

Diese kurze Umrüstzeit ist der entscheidende Hebel für die Wirtschaftlichkeit in der Kleinserie. Mehrere Serien pro Schicht sind problemlos automatisierbar – auch bei sehr kleinen Losgrößen.

Materialbereitstellung für wechselnde Serien

SpaceBox für gemischte Rohteile ohne Einsortieren

Die SpaceBox ist das Bereitstellungskonzept, das am besten zur Kleinserienfertigung passt. Rohteile werden ohne feste Ordnung in die Schubladen gelegt – die Kamera erkennt, wo jedes Teil liegt. Die SpaceBox bietet bis zu 6 m² Bereitstellungsfläche auf nur 1 m² Stellfläche durch übereinander gestapelte Schubladen. Für Betriebe mit wenig Platz ist das ein erheblicher Vorteil.

Besonders geeignet für quaderförmige Rohteile, Stahlzuschnitte, Aluminiumblöcke und Gussteile. Eingesetzt unter anderem bei HERMLE C42U für Kunststoffteile, MAZAK VCN-530C für gesägte Quader und HAAS VF-3 für empfindliche Gehäuseteile.

Tischwagen für schnellen Serienwechsel

Tischwagen bieten die schnellste Lösung für den Serienwechsel: Ein vorbereiteter Wagen mit den Rohteilen der nächsten Serie wird bereitgestellt, sobald die aktuelle Serie abgearbeitet ist. Die Vorbereitung kann abseits der Maschine erfolgen, während der Roboter noch produziert.

Für Betriebe mit sehr häufigen Serienwechseln und kleinen Stückzahlen ist der Tischwagen oft die praktischste Lösung. Referenzen: HURCO VMX30Ui und HERMLE C20U.

Kombination verschiedener Bereitstellungskonzepte im Lohnfertigungsbetrieb

In der Praxis kombinieren viele Lohnfertigungsbetriebe verschiedene Bereitstellungskonzepte je nach Teilegröße und Seriengröße. Kleine Teile in der SpaceBox, schwere Teile auf Europaletten, Prototypen und Einzelstücke auf dem Tischwagen. Der SherpaLoader® unterstützt alle drei Konzepte und kann im laufenden Betrieb zwischen ihnen gewechselt werden.

Was der SherpaLoader® in der Kleinserie konkret leistet

Kein Nullpunktspannsystem erforderlich

Viele Automatisierungslösungen setzen ein Nullpunktspannsystem voraus – eine Investition, die für viele KMU-Lohnfertiger schwer zu rechtfertigen ist, besonders wenn das Teilespektrum stark wechselt. Der SherpaLoader® kommt ohne diese Voraussetzung aus. Rohteile werden direkt in den vorhandenen Maschinenschraubstock oder das Spannfutter eingelegt. Die Investition in die Automation steht damit auf einer schmaleren Kostenbasis.

Keine herstellerspezifische Schnittstelle nötig

Im Lohnfertigungsbetrieb stehen oft Maschinen verschiedener Hersteller und Generationen nebeneinander. Der SherpaLoader® lässt sich an alle gängigen Steuerungstypen anbinden – neue Maschinen per Profibus, Profinet oder Ethernet/IP, ältere Maschinen über freie M-Funktionen und potenzialfreie Kontakte. Eine herstellerspezifische Automationsvorbereitung ist nicht erforderlich. Die vollständige Übersicht kompatibler Maschinen findet sich auf den jeweiligen Herstellerseiten.

Bedienung ohne Roboterprogrammierkenntnisse

Spezialisiertes Roboterprogrammierpersonal steht in der Lohnfertigung selten zur Verfügung. Die Dialogsteuerung des SherpaLoader® ist darauf ausgelegt, dass vorhandenes Bedienpersonal nach kurzer Einweisung selbstständig arbeiten kann. Die schnellste dokumentierte Installation inklusive Schulung dauerte drei Tage.

Wirtschaftlichkeit in der Kleinserie: Die entscheidenden Hebel

Nicht die Losgröße entscheidet – sondern die Maschinenlaufzeit

Der wirtschaftliche Nutzen eines Beladeroboters ergibt sich nicht aus der Größe einzelner Serien, sondern aus der Summe der zusätzlichen Maschinenstunden über den Tag. Eine Maschine, die dank Automation statt acht Stunden sechzehn oder zwanzig Stunden täglich produziert, verdoppelt oder verdreifacht ihre Ausbringung – unabhängig davon, ob sie dabei zwei große oder zwanzig kleine Serien abarbeitet.

Der entscheidende Hebel sind die Stunden außerhalb der regulären Arbeitszeiten: abends, nachts, am Wochenende. Dort entstehen zusätzliche Kapazitäten ohne zusätzliche Personalkosten.

Mannlose Nacht- und Wochenendproduktion als Haupthebel

Eine Fräsmaschine, die freitagabend vorbereitet wird und bis montagmorgen durchläuft, gewinnt bis zu 60 zusätzliche Produktionsstunden pro Woche – ohne Nachtschichtzuschläge, ohne Wochenendarbeit. Voraussetzung ist ein ausreichend großer Werkstückvorrat im Bereitstellungsbereich. Je nach Teilegröße und Bearbeitungszeit reicht eine Füllung der SpaceBox für mehrere Stunden bis zu einem vollen Wochenende.

Bei CNC-Fertigungstechnik Liebl werden Eilaufträge und Serienproduktionen durch den SherpaLoader® nachts und am Wochenende automatisiert bearbeitet. Das Ergebnis: 60 Stunden autonome Fertigung pro Woche ohne zusätzliches Personal, mit direktem Effekt auf Liefertreue und Kapazitätsplanung.

Amortisation unter 12 Monaten – auch bei kleinen Serien

Die Investition in einen SherpaLoader® amortisiert sich in der Regel innerhalb von zwölf Monaten – auch in Lohnfertigungsbetrieben mit kleinen Losgrößen. Entscheidend ist nicht die Auftragsgröße, sondern die konsequente Nutzung der automatisierten Kapazitäten außerhalb der Regelarbeitszeit. Im Rahmen der Beratung erstellt SHERPA eine individuelle ROI-Berechnung auf Basis der tatsächlichen Produktionssituation.

Praxisbeispiele: Lohnfertiger mit SherpaLoader®

ROLEC: Fachkräfte freisetzen durch automatisierte Routinetätigkeiten

ROLEC hat mit dem SherpaLoader® M25 zeitintensive manuelle Eingriffe automatisiert – Reinigen, Registrieren und Neubestücken. Das Ergebnis: Stillstandszeiten sinken, die Spindelzeit steigt, und qualifizierte Mitarbeiter können sich auf Aufgaben konzentrieren, die ihr Fachwissen wirklich erfordern.

Liebl: 60 Stunden autonome Fertigung pro Woche

CNC-Fertigungstechnik Liebl produziert durch den SherpaLoader® auch nachts und an Wochenenden ohne Personalaufwand. Eilaufträge werden autonom abgearbeitet, die Liefertreue hat sich erheblich verbessert. Der Betrieb gewinnt die Kapazität einer weiteren Schicht – ohne eine weitere Schicht zu fahren.

Schöbel: Umsatz verdoppelt durch verlängerte Maschinenlaufzeit

Bei SCHÖBEL CNC-Frästechnik stieg die tägliche Spindelzeit von 6 auf über 20 Stunden. Die Maschine läuft seither auch an Wochenenden ohne zusätzlichen Personaleinsatz. Der Umsatz der Anlage konnte damit mehr als verdoppelt werden. Weitere Kundenberichte finden Sie in der Übersicht aller Kundenerfolge.

Für welche Betriebe eignet sich kameragesteuerte Kleinserie-Automation?

Lohnfertiger mit täglich wechselndem Teilespektrum

Der SherpaLoader® ist besonders geeignet für Betriebe, deren Teilespektrum sich häufig ändert und deren Losgrößen selten dreistellig werden. Die Kombination aus 3D-Kameraerkennung, kurzen Umrüstzeiten und flexiblen Bereitstellungskonzepten macht ihn zum passenden System für genau diese Situation. Alle gängigen Maschinentypen werden unterstützt – Fräsmaschinen ebenso wie Drehmaschinen, von DMG Mori über HAAS bis Hermle.

Einzelteil- und Prototypenfertiger

Auch Betriebe, die regelmäßig Einzelteile oder Prototypen fertigen, profitieren von kameragestützter Automation. Der Serienwechsel dauert unter fünf Minuten, und die Kamera kommt mit nahezu jeder Werkstückgeometrie zurecht. Für Prototypen, bei denen kein zweites identisches Teil existiert, entfällt die Einrichtung werkstückspezifischer Vorrichtungen vollständig.

Betriebe mit Fachkräftemangel und ungenutzten Nachtstunden

Wer nicht genug Personal hat, um eine zweite oder dritte Schicht zu besetzen, hat in der Nacht- und Wochenendproduktion ungenutzte Kapazitäten. Ein Beladeroboter erschließt genau diese Kapazitäten – ohne zusätzliches Personal. Die Maschine produziert, während das Team feierhat.

Häufige Fragen zur Kleinserie-Automation

Funktioniert das auch bei Losgröße 1?

Ja – sofern die Bearbeitungszeit ausreichend lang ist, damit der Einrichtaufwand im Verhältnis steht. Bei sehr kurzen Zykluszeiten unter einer Minute ist die Wirtschaftlichkeit bei Losgröße 1 kritisch zu prüfen. Für Zykluszeiten ab fünf bis zehn Minuten ist auch Losgröße 1 automatisierbar. Die Beratung klärt das anhand der konkreten Situation.

Wie schnell ist der Serienwechsel wirklich?

Unter fünf Minuten – das ist der dokumentierte Wert für den Wechsel auf ein neues Werkstück. Der Bediener gibt die neue Geometrie über die Dialogsteuerung ein, legt die Rohteile in den Bereitstellungsbereich und startet den Zyklus. Greifer- oder Vorrichtungswechsel sind in der Regel nicht nötig.

Was passiert wenn die Maschine nachts einen Fehler meldet?

Moderne Beladeroboter überwachen den Prozess kontinuierlich. Bei einer Störung – Werkstück nicht erkannt, Maschine meldet Alarm – wird der Zyklus sicher unterbrochen und eine Benachrichtigung ausgelöst. Der Bediener kann per Fernzugriff den Status einsehen. Im Rahmen der Installation wird gemeinsam festgelegt, wie mit verschiedenen Störungsszenarien umgegangen wird.

Beratung für Ihre Kleinserie-Automation

Die Anforderungen in der Kleinserienfertigung sind so unterschiedlich wie die Betriebe selbst. Welche Maschinen, welche Teile, welche Losgrößen, wie viel Platz – all das beeinflusst, welche Lösung am besten passt.

Am Anfang steht eine individuelle Anforderungsanalyse durch das SHERPA-Team. Daraus entsteht ein Automatisierungskonzept mit konkreter ROI-Berechnung. Alle Referenzen und dokumentierten Installationen finden Sie auf der Videoseite – filterbar nach Hersteller, Maschinentyp und Bereitstellungskonzept.