Fünf Spritzgussmaschinen mit je drei Robotern

Spritzgussautomation in fünffacher Ausführung

Um Kunden mit mehreren Produktionswerken auf zwei Kontinenten just-in-time und in größerer Menge mit Kunststoffhybridbauteilen zu beliefern, benötigt man zuverlässige Anlagen und fertigt im Idealfall jeweils vor Ort, um Lieferketten so kurz wie möglich zu halten und abzusichern. KBS-Spritztechnik hat hierfür fünf Spritzgießmaschinen mit Robotersystemen von EGS Automation ausgestattet.

Der automatisierte Fertigungsablauf in den Turnkey-Anlagen von KBS-Spritztechnik für Kunststoffhybridbauteile beginnt mit der Abwicklung der Stanzbänder vom Coil mit entsprechender Ausrichtung und Zuführung in das Stanz/Biege-Werkzeug. (Bild: EGS Automation GmbH)

Drei der Anlagen von KBS-Spritztechnik befinden sich im Heimatwerk in Schonach, zwei weitere Anlagen im Zweigwerk im kanadischen Barrie/Ontario, das 2017 in Betrieb genommen wurde. Entwickelt und realisiert wurden die Turnkey- Systeme von EGS Automation aus Donaueschingen im Schwarzwald-Baar-Kreis. Das Unternehmen ist seit 1996 im Bereich der industriellen Automation aktiv und setzt dazu seit 1999 Industrieroboter ein. KBS fertigt komplexe Kunststoffteile für Antriebslösungen als Ein- und Mehrkomponentenkombinationen aus Metall und Kunststoff oder Kautschuk.

Auf den Anlagen werden Gehäuse für mechatronische Aktuatoren hergestellt, die derzeit in Abgassystemen bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sowie Hybridantrieben eingesetzt werden. Die Bauteile werden in zwölf Varianten gefertigt. Auch für zukünftige Fahrzeuge mit alternativen Antriebssystemen sind Projekte in der Realisierung. Der Fertigungsprozess ist vollständig durchautomatisiert. Von der Bereitstellung der Einlegekontakte als Stanzband auf einem Coil bis zur Verpackung der geprüften Fertigprodukte in ökologisch sinnvollen, leichten und wiederverwertbaren Mehrwegverpackungen.

Am Rundtakttisch werden dem Einlegeroboter, einem Yaskawa-Roboter, mit 25kg Tragkraft und einer Reichweite von mehr als 1.700mm, die einzulegenden Kontakte lagerichtig in der Orientierung des Spritzgießwerkzeuges bereitgestellt. (Bild: EGS Automation GmbH)

Drei Roboter pro Anlage

In jeder Anlage sind drei Roboter von Yaskawa verbaut. Zwei der drei Roboter kümmern sich um eine präzise Kontaktbereitstellung. Der dritte, etwas größere Roboter entnimmt die Fertigteile aus dem Spritzgusswerkzeug und legt die bereitgestellten Kontakte ein. Zudem ist dieser Roboter für das nachfolgende Handling in die Prüfeinrichtung sowie die abschließende Verpackung verantwortlich. Der automatisierte Fertigungsablauf beginnt mit der Abwicklung der Stanzbänder vom Coil mit entsprechender Ausrichtung und Zuführung in das Stanz/Biege-Werkzeug. Hier werden die Kontakte getrennt, gebogen, von den ersten beiden Sechsachsern entnommen und auf einem Rundtakttisch nacheinander auf zwei Stationen bereitgestellt. Dabei erfolgt auch eine erste sensorische Prüfung, ob die Kontakte entsprechend entnommen wurden und vorhanden sind. Die Roboter haben 7kg Tragkraft und gut 900mm Reichweite.

In der nächsten Station des Rundtakttisches werden dem Einlegeroboter, einem Yaskawa-Roboter mit 25kg Tragkraft und einer Reichweite von mehr als 1700mm, die einzulegenden Kontakte lagerichtig in der Orientierung des Spritzgießwerkzeuges bereitgestellt. Er entnimmt mit seinem Multifunktionsgreifwerkzeug die Einlegeteile, prüft die Vollständigkeit und fährt zur Spritzgussmaschine, einer Engel-Vertikalmaschine mit 160t Schließkraft. Diese Rundtischmaschinen ermöglichen die Entnahme der Fertigteile aus dem Werkzeug und die Neubestückung mit Einlegeteilen, während parallel im zweiten baugleichen Werkzeug der Spritzgießvorgang abläuft. Das eliminiert den Hauptzeitanteil für das Be- und Entladen durch den Roboter aus dem Herstellzyklus nahezu komplett. Lediglich die Tischdrehdauer wirkt sich dabei noch in geringem Umfang aus.

Die Prüfstation wird zyklisch automatisch vom Roboter mit Referenzfehlerteilen bestückt, um deren Funktion sicherzustellen und so die Fehlerfreiheit gegenüber den Kunden sicherzustellen. (Bild: EGS Automation GmbH)

Flexible Greiferwechselsysteme

Alle Roboter sind mit Greiferwechselsystemen ausgerüstet, die eine schnelle und einfache Umrüstung auf andere Bauteilvarianten erlauben. Aufgrund der Kompatibilität können alle Greifwerkzeuge in allen fünf Anlagen eingesetzt werden. Die Wechselgreifwerkzeuge werden über RFID-Codierungen erkannt. Die Anlage prüft nach dem Rüstvorgang vollautomatisch, ob die gerüsteten Greifwerkzeuge zur vorgewählten Variante passen.

Die fertig gespritzten Bauteile werden, je nach Variante, einfach oder zweifach aus dem Werkzeug entnommen. Das Robotergreifwerkzeug hat neben den Funktionseinheiten zur Handhabung der Einlegekontakte und zum Handling der fertigen Gehäuse noch eine spezielle Positionierfunktion beim Einlegen in die Spritzform. Um die erforderte hohe Genauigkeit zu gewährleisten, hat EGS Automation eine spezielle Andock-Positionierfunktion mit schwimmender Lagerung realisiert, die die Einlegegenauigkeit prozesssicher abdeckt.

Abschließende Durchgangsprüfung

Nach der Entnahme der Fertigteile werden diese in einer elektrischen Prüfstation geprüft. Dabei wird mit einer Durchgangsprüfung sichergestellt, dass zum einen zwischen den Pins, die elektrisch kontaktieren müssen, eine Verbindung besteht. Zum anderen wird mittels einer Durchschlagsprüfung verifiziert, dass im Spritzgießprozess nicht versehentlich Leiterbahnen innerhalb des Kunststoffs Kontakt bekommen haben, die galvanisch getrennt sein müssen. Die Prüfstation selbst wird zyklisch automatisch vom Roboter mit Referenzfehlerteilen bestückt, um deren Funktion sicherzustellen und so die Fehlerfreiheit gegenüber den Kunden sicherzustellen.

Fehlerhafte Teile werden über entsprechende Ausgaberutschen ausgeschleust. Ebenso werden Anfahrteile nach Neustart der Anlage über diese Rutschen ausgegeben. Auf Anforderung können darüber hinaus QS-Teile, getrennt nach Werkzeugkavität, über eine spezielle Ausgabe zur Verfügung gestellt werden, wodurch der Prozess kontinuierlich überwacht werden kann. Abschließend werden die fertigen Bauteile in die Kundenverpackungen verpackt. Die Mehrwegtrays im Format 800x600mm werden über ein Palettiersystem mit Traystapler vom Stapel leer bereitgestellt und danach gefüllt gestapelt.

Kompakte Zelle mit Schutzumhausung

Die gesamte Automationseinheit ist als komplette und kompakte Zelle auf einem Grundrahmen mit Schutzumhausung und Dach aufgebaut. Beim Engineering wurde bereits darauf geachtet, dass die Anlagen sowohl in See-Containern als auch auf einem LKW komplett montiert transportiert werden können. Die Inbetriebnahme in der Fertigung an der Spritzgießmaschine wird dadurch signifikant verkürzt. In den Einheiten finden alle Elektroschaltschränke sowie die Robotersteuerungen Platz, sodass die Medienversorgung und Einspeisung zentral für die gesamte Anlage an einer Stelle erfolgen kann. Die Bedienung und Ansteuerung der Roboter und Einzelkomponenten erfolgt über eine zentrale SPS-Steuerung mit großem Bedien-Panel, das als HMI dient und eine komfortable Eingabe und Statusüberwachung erlaubt. Die Bedienoberfläche wurde von EGS Automation nach Kundenwunsch anlagenspezifisch programmiert.