Mehr als 100 Jahre Engagement für den technischen Fortschritt haben uns zum führenden Hersteller in den Bereichen variable Frequenzumrichter, Servoantriebe, Steuerungstechnik und Robotik gemacht.
Robotive 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 einerseits zuverlässige Anlagen und fertigt im Idealfall jeweils vor Ort, um Lieferketten so kurz wie möglich zu halten und abzusichern.
Die KBS-Spritztechnik hat genau diese Aufgabenstellung zu bewältigen und dafür fünf Spritzgießmaschinen mit Roboter-Automatisierungssystemen der EGS Automation aus Donaueschingen ausgestattet.
Drei der Anlagen 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. Kunden von EGS Automation profitieren dabei von der Erfahrung aus mehr als 2000 installierten Robotern, weswegen sich EGS selbst als robotiv bezeichnet.
Die KBS Spritztechnik ist in die Burger Group integriert und agiert am Markt eng verzahnt mit sechs weiteren Marken, was die Gruppe zu einem sehr kompetenten und leistungsstarken Komplettanbieter für kundenspezifische Antriebstechnik macht. KBS fertigt komplexe Kunststoffteile für Antriebslösungen als Ein- und Mehr-Komponenten-Kombinationen aus Metall und Kunststoff oder Kautschuk. Technische Spritzguss-Formteile wie Gehäuse, Zahnräder, Schnecken, Spindeln, Zahnstangen oder Riemenräder gehören ebenso zu den Kernkompetenzen des Unternehmens, wie das Umspritzen von Kontakten, Kugellagern, Wellen und Zahnrädern aus Metall. Das führt uns zum Thema, der automatisierten Herstellung von Kunststoffhybridbauteilen. 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 12 Varianten gefertigt. Auch für zukünftige Fahrzeuge mit alternativen Antriebssystemen sind Projekte in der Realisierung. Der Fertigungsprozess ist vollständig durch automatisiert. Von der Bereitstellung der Einlegekontakte als Stanzband auf einem Coil bis zur Verpackung der geprüften Fertigprodukte in ökologisch sinnvollen, leichten und wiederverwertbaren Mehrwegverpackungen.
In jeder Anlage sind drei Roboter von Yaskawa verbaut. Zwei kleine 6 Achs-Roboter, die sich um die präzise Kontaktbereitstellung kümmern. Außerdem ein größerer Roboter, der die Fertigteile aus dem Spritzgusswerkzeug entnimmt und die bereitgestellten Kontakte einlegt und danach das nachfolgende Handling in eine Prüfeinrichtung und die abschließende Verpackung übernimmt. Da es über den Zeitraum von der Lieferung der ersten Anlage bis zur fünften Anlage einen Generationswechsel beim Roboterhersteller von der MH-Baureihe zur GP-Serie gab, sind unterschiedliche Typen in den Anlagen im Einsatz. Die bewährte Durchgängigkeit und Abwärtskompatibilität sowie Kontinuität bei der Handhabung und Programmierung der Yaskawa-Roboter ermöglichte eine problemlose Integration der neuen Generation in das bestehende Anlagenkonzept. 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 und von den ersten beiden 6 Achs-Robotern 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 7 kg Tragkraft und gut 900 mm Reichweite.
In der nächsten Station des Rundtakttisches werden dem Einlegeroboter, einem Yaskawa 6 Achs-Roboter mit 25 kg Tragkraft und einer Reichweite mehr als 1700 m, die einzulegen den 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 160 Tonnen 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 minimal aus.
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 und die Anlage prüft vollautomatisch nach dem Rüstvorgang, ob die gerüsteten Greifwerkzeuge zur vorgewählten Variante passen. Die Spritzgießwerkzeuge ebenso wie Stanz-Biege-Werkzeuge werden innerhalb der Burger Group in den Schwesterunternehmen SBS Feintechnik und KBS-Stanztechnik entwickelt und hergestellt. Die fertig gespritzten Bauteile werden, je nach Variante, 1-fach oder 2-fach 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 hohe Genauigkeit, die erforderlich ist, zu gewährleisten, hat EGS Automation eine spezielle Andock-Positionierfunktion mit schwimmender Lagerung realisiert, die die Einlegegenauigkeit prozesssicher gewährleistet. 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 eigentlich galvanisch getrennt sein müssen. Die Prüfstation selbst wird zyklisch automatisch vom Roboter mit Referenz-Fehlerteilen bestückt, um deren Funktion sicherzustellen und so die Fehlerfreiheit gegenüber den Kunden sicher zu gewährleisten.
Fehlerhafte Teile werden über entsprechende Ausgaberutschen ausgeschleust. Ebenso werden Anfahrteile nach Neustart der Anlage über diese Rutschen ausgegeben. Auf Anforderung können darüber hinaus QSTeile, 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 800x600 mm werden über ein Palettiersystem mit Traystapler vom Stapel leer bereitgestellt und danach gefüllt gestapelt.
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, so dass 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 Bedienpanel, das als HMI dient und eine komfortable Eingabe und Statusüberwachung erlaubt. Die Bedienoberfläche wurde von EGS Automation nach Kundenwunsch anlagenspezifisch programmiert. So äußert sich dann auch Thomas Burger, Geschäftsführender Gesellschafter, sehr zufrieden über das Konzept, die Umsetzung und die Verfügbarkeit der Anlagen.
Bildquelle: EGS Automation GmbH
Autor und Kontakt:
EGS Automation GmbH
Heiko Röhrig, Leiter Vertrieb u. Marketing
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