Roboterzelle fertigt Essbesteck aus Hochleistungskunststoff
Flexibel, flexibler, Flexobot
Spritzgussbranche und Plastikindustrie setzen sich immer mehr mit dem Thema auseinander, nachhaltige, dauerhafte und flexibel einsetzbare Produkte zu fertigen. Ein Gemeinschaftsprojekt der Firmen Gindele, Robomotion und Kuka hat nachhaltiges Besteck aus Hochleistungskunststoff zum Ziel, das in einer Spritzgussmaschine gefertigt wird. Eine Roboterzelle übernimmt im Anschluss die aufwendige Weiterbearbeitung sowie die Qualitätskontrolle und Montage.
Der Flexobot ist schlank genug, um ihn in unmittelbarer Nähe zur Spritzgussmaschine zu positionieren. (Bild: Kuka AG)
Ab 2021 sollen viele Wegwerfprodukte aus Plastik verboten werden. Welche Mengen an Plastikmüll allein für Einwegbesteck anfallen, listet die Gesellschaft für Verpackungsforschung auf: Demnach fielen im Jahr 2017 rund 10.000t Abfall durch Einwegbesteck in Deutschland an. Ein beträchtlicher Teil davon entfiel auf Messen. Studierende der Hochschule Reutlingen unter Federführung von Prof. Dr. Steffen Ritter hatten es sich bei einem Projekt für die Moulding Expo 2017 zum Ziel gesetzt, dem entgegenzuwirken. „Unsere Projektgruppe hat ein Essbesteck aus Hochleistungskunststoff entwickelt, das dauerhaft, leicht mitzuführen, flexibel einetzbar, hochfunktional und kompakt ist sowie den hygienischen Anforderungen entspricht“, führt Ritter aus.
Komplexes Produkt in hoher Stückzahl
Aus dem ursprünglichen Hochschul- ist mittlerweile ein Erfolgsprojekt geworden. Die Nachfrage steigt, die Stückzahlen müssen erhöht werden. „Bei solch komplexen Produkten und hohen Stückzahlen muss die Produktion unbedingt automatisiert erfolgen“, sagt Ritter. Für die K-Messe 2019, wo es das Besteck als Give-Away auf dem Kuka-Stand geben wird, haben sich die Hochschule Reutlingen, Gindele, Robomotion und Kuka zusammengetan und zeigen anhand dieses Beispiels, wie die komplexe Automatisierungslösung in der realen Produktionswelt eines Spritzgießunternehmens funktioniert. Dazu wird der Hochleistungskunststoff in einer Spritzgussmaschine bei Gindele in die gewünschte Besteckform gegossen. Die anschließende Entnahme aus der Maschine, das Entfernen des Angusses und die Qualitätskontrolle per Vision-System geschehen ebenfalls automatisiert und zwar durch die Roboterzelle Flexobot. In diese Zelle, die Robomotion entwickelt hat, ist ein Kuka-Roboter aus der KR-Agilus-Baureihe integriert. „Die Zelle ist mit zahlreichen Rüstplätzen für Werkzeuge und Ablageflächen ausgestattet. Zudem ist sie mobil und kann einfach und schnell für verschiedene Tätigkeiten umgerüstet werden“, erklärt Dr. Andreas Wolf, Geschäftsführer von Robomotion.
Der Kuka-Roboter KR Agilus entnimmt das Besteck aus der
Spritzgussmaschine. (Bild: Kuka AG)
Roboterzelle vollendet Bearbeitungsprozesse
Die Zusammenarbeit zwischen Roboter und Werkzeugmaschinen sowie Spritzgussmaschinen bietet großes Potenzial. „Durch die Flexibilität der Roboterzelle kann der Automatisierungsgrad der Tätigkeiten nach dem Spritzgussverfahren deutlich gesteigert werden“, sagt Wolf und führt zum Roboter weiter aus: „Die Sechsachskinematik des KR Agilus ist sehr flexibel und kann auch komplexe Bauteile sicher greifen. Zudem verfügt er über ausreichende Steifigkeit, um den Anguss des Bestecks zu entfernen.“ Bei Gindele übernimmt die Roboterzelle genau diese Aufgaben. Das nachhaltige Besteck wird in einer Spritzgussmaschine hergestellt. Anschließend entnimmt es der Roboter und führt es zur Prüfung einem Vision-System zu. Da das frisch aus der Spritzgussmaschine kommende Bauteil noch sehr heiß ist, wird es zunächst zum Abkühlen abgelegt. Nach dem Abkühlen greift der Roboter das Bauteil wieder auf und entfernt den Anguss. Dafür ist der Roboter mit einem 3D-gedruckten Greifer ausgestattet. Die Abtrennung erfolgt an einer separaten Station. Anschließend legt der Roboter das fertige Bauteil in einer Rüsselrutsche oder auf einem Förderband ab. Matthias Gindele, Geschäftsführer von Gindele, nennt einen weiteren Vorteil: „Bei uns im Werk ist der Bauraum begrenzt. Der Flexobot ist aber schlank genug, um ihn in unmittelbarer Nähe zur Spritzgussmaschine zu positionieren.“
Besondere Anforderung an den Werkstoff
Die Ursprünge des Bestecks reichen einige Jahre zurück. Ritter stellte seinen Studenten an der Hochschule Reutlingen die Aufgabe, ein Give-Away zu entwickeln, dass alle Anforderungen der Nahrungsmittelindustrie erfüllen müsse und zudem multifunktional und nachhaltig sei. Das Projekt mit der Bezeichnung 3-2-eat war geboren. Neben der eigentlichen Produktentwicklung stellten sich den Studierenden zwei Aufgaben: Einen entsprechenden Werkstoff zu finden und ein Werkzeug zu entwickeln, um das Besteck in Form zu gießen. „Unser Hochleistungskunststoff besteht aus glasfaserverstärktem Polyamid, das wir in Zusammenarbeit mit dem Kunststoffspezialisten BASF entwickelt haben. Außerdem wurden die Farben eigens für das Projekt von Granula entworfen“, erklärt Ritter. Der Werkstoff weist zwei entscheidende Vorteile auf: Er entspricht den hohen hygienischen und lebensmitteltechnischen Anforderungen und verfügt gleichzeitig über eine hohe Festigkeit. Damit ist das leichtgewichtige Besteck lange nutzbar und wird nicht so schnell weggeworfen. Gefertigt wird das Besteck, indem der thermoplastische Kunststoff plastifiziert und unter hohem Druck in die von den Studierenden entwickelte Spritzgussform gespritzt wird.
Hohe Fertigungstiefe
Mit den bisherigen Ergebnissen der Produktion zeigt sich Gindele sehr zufrieden: „Mit dem Flexobot in Kombination mit einem Kuka-Roboter haben wir eine hohe Fertigungstiefe im Anschluss an die Bearbeitung der Spritzgussmaschine erreicht. Dieses Beispiel zeigt, wie wir hochkomplexe Aufträge vollautomatisiert umsetzen können.“ Damit spielt Gindele auch auf die Flexibilität an, denn mit der Roboterzelle ist es möglich, verschiedene Projekte umzusetzen. Zum anderen demonstriert das Projekt, wie Hochleistungskunststoff dabei helfen kann, minderwertige Materialien überflüssig werden zu lassen und so Müll zu reduzieren.
