Einfachheit erobert die Komplexität in Automobil-Formzellen

Zu den jüngsten Neuzugängen im Werk der KHG Plastics GmbH in Velberg zählen zwei baugleiche, hochkompakte vertikale Spritzgießzellen. Die neuen Zellen, die zusammen rund 40.000 umspritzte elektrische Kontakte pro Woche für Automobilbeleuchtungssysteme herstellen können, vereinen eine Abfolge von Metallfertigung, Umspritzung, Prüfung und Verpackung zu einer vollautomatisierten Produktion. Und das mit Eleganz und Einfachheit.

Ursprünglich dachte das Unternehmen daran, Teile mit Hilfe von zwei Sechs-Achs-Robotern, einem menschlichen Bediener und zusätzlicher Automatisierung durch diese vielfältigen Funktionen zu bewegen. Ein viel einfacherer Vorschlag, entwickelt vom Roboterhersteller Sepro und Kiki, einem lokalen Systemintegrator, überzeugte KHG Plastics jedoch davon, dass die Zellen mit drei linearen, dreiachsigen Robotern, die alle über ein einziges Steuerungssystem integriert sind, kompakter und produktiver sein würden. Diese Lösung gibt anderen Gießern einen Tipp, wie unkonventionelle Ansätze zum Erfolg führen können.

MEHRERE FUNKTIONEN AUTOMATISIEREN

Nachdem KHG die Chance erhalten hatte, einen neuen umspritzten Metallkontakt für die Fahrzeugbeleuchtungssysteme eines Automobilherstellers herzustellen, begann KHG mit der Konstruktion der Produktionsanlage für dieses Teil. Das Unternehmen suchte nach einem vollständig automatisierten Prozess, der eine Vielzahl von Produktionsanlagen integriert:

• Eine Metallstanz- und Biegemaschine zur Aufnahme von Metallrohlingen und zur Herstellung von links- und rechtsorientierten Metallkontakten;

• Eine vertikale Spritzgussmaschine zum Aufnehmen und Umspritzen der Metallstanzteile;

• Eine Teststation zum Kurzschlusstest der umspritzten Kontakte;

• Eine Verpackungsstation, an der „gute“ rechte und linke Teile in stapelbare Trays überführt werden, die der weiteren Automatisierung im eigenen Haus zugeführt oder palettiert und an den Kunden versandt werden können.

Da es sich bei der Anwendung um das Bewegen von Teilen durch eine Reihe von Vor- und Nachbearbeitungsvorgängen handelte, erwog das Unternehmen einen ersten Vorschlag, der den Einsatz von zwei sechsachsigen Robotern vorsah, die eine Betriebsreichweite von 360° bei gleichzeitiger Handhabung von gleichmäßigen die komplexesten Teilemanipulationen. Dieser Ansatz legte nahe, dass ein großer, zentral angeordneter Sechs-Achsen-Roboter den Großteil der Arbeit erledigen könnte, indem er die Teile von der Stanzmaschine über das Umspritzen bis zur Prüfvorrichtung handhabt. Von dort aus entnimmt ein kleinerer Sechs-Achsen-Roboter die Teile und lädt sie in Trays, die zu einem automatischen Tray-Stapler und auf Karren zur Entnahme gelangen.

Obwohl die Logik des Vorschlags klar war, hatten die Mitarbeiter des Unternehmens Fragen und baten um Input von anderen vertrauenswürdigen Geschäftspartnern. Aufgrund früherer Erfahrungen fragten sie Sepro, ob der größte Sechs-Achsen-Roboter durch einen Linearroboter ersetzt werden könnte.

Nachdem Marius Svagnea, Gebietsverkaufsleiter von Sepro, die Anforderungen des Unternehmens geprüft und Alternativen verglichen hatte, antwortete er mit „Ja“. Seine Analyse ergab, dass ein Sepro-Linearroboter – ein dreiachsiges Modell S5-35 – den großen sechsachsigen Roboter in der Mitte der Zelle ersetzen könnte, was den Platzbedarf reduziert und einen einfacheren Zugang für Werkzeugwechsel, Wartung und Service an der Biegemaschine ermöglicht , Form- und Prüfeinrichtungen in der Zelle.

Im Laufe der Diskussionen schlug Svagnea vor, anstelle des kleineren Sechs-Achsen-Roboters einen zweiten Linearroboter – einen kleineren Success 7 – zu verwenden, um getestete Teile zu handhaben. Schließlich wurde ein Success 11 hinzugefügt, um das Teile-Tray-Handling flexibel zu automatisieren. Da die Linearroboter über den Formmaschinen positioniert werden könnten, würden sie die Maschinenplatzierung vereinfachen, den Platzbedarf reduzieren und den Zugang verbessern. Die Reichweite wäre kein Problem, da ihre horizontalen Balken jede gewünschte Länge haben könnten.

KHG zeigte sich von der Logik beeindruckt:„Wir haben gesehen, dass ein Sechs-Achs-Roboter zu viel Platz beansprucht und eine zu geringe Reichweite gehabt hätte“, sagt CEO Lutz Karrenberg. „Die Lösung von Sepro/Kiki vereinte mehrere Standardroboter auf kleinstem Raum. Dies war der Hauptgrund für unsere Entscheidung.“

Karrenberg ergänzt:„Wir dachten zunächst nicht unbedingt an eine Lösung mit einem Tablettwagen inklusive Beladung über ein drittes Robotersystem. Diese Idee kam komplett von Sepro, die schon etwas Ähnliches umgesetzt hatte. Diese Lösung hat nicht nur gespart.“ uns viel Platz, sondern optimierten auch unseren Workflow und brachten dem System eine hohe Flexibilität für zukünftige Produktionsaufgaben."

ZELLEN IN BETRIEB

Jeder Roboter hat seine eigene Sepro Visual-Steuerung und jeder ist individuell so programmiert, dass er seine eigenen Funktionen innerhalb der Zelle ausführt. Die Visual 3-Steuerung des ersten und größten Roboters, dem Sepro S5-35, fungiert jedoch auch als „Master“-Robotersteuerung und koordiniert die Zellensicherheit und den Roboterbetrieb.

Der große Roboter Sepro S5-35 hat einen Horizontalhub von 4000 mm. In den KHG-Zellen beginnt dieser Roboter den Produktionsprozess, indem er vier gestanzte und gebogene Metallkontakte (zwei rechts und zwei links) vom Wechseltisch der Stanz-Biege-Einheit aufnimmt. Anschließend fährt der Roboter zur vertikalen Spritzgießmaschine. Nach dem Entfernen von vier umspritzten Kontakten aus dem vorherigen Zyklus legt er jeden der vier Metallkontakte in die untere Hälfte der Form, die auf dem offenen Drehtisch der Maschine ruht. Das End-of-Arm-Tool des Roboters hält diese Kontakte gerade lange genug, um sie sicher in Position zu halten, bevor die Form zum Umspritzen in die Maschine rotiert. Währenddessen legt derselbe Roboter die vier Fertigteile auf einen Prüfplatz, wo sie mit einem 500-V-Kurzschlusstest geprüft werden. Dann nimmt der „Master“-Roboter S5-35 die getesteten Teile wieder auf, bewegt akzeptable Teile zu einer Übergabestation und entfernt fehlerhafte Teile aus dem Prozess.

Anschließend entnimmt der Sepro Success 7 geprüfte Teile von der Übergabestation, erkennt diese als Links- oder Rechtsteile und legt sie in die entsprechende Teileablage. Dieser Roboter hat einen horizontalen Hub von 1500 mm.

Schließlich übernimmt der Roboter Success 11. Er ist dafür zuständig, gefüllte Trays mit linken und rechten Teilen zu Entladestationen zu transportieren, wo er volle Teil Trays auf fahrbare Wagen stapelt. Anschließend holt er eine weitere Teilschale (links oder rechts, je nach abgeworfener Vollschale) von Stationen mit leeren Schalen und setzt sie zum Befüllen auf dem Schiebetisch in Position.

Die einzige menschliche Beteiligung an den Vorgängen der Zelle besteht darin, die vollen Teilebehälter zu entfernen – ungefähr alle 6 Stunden.

EINFACHE MULTI-MASCHINEN-INTEGRATION

Normalerweise würde die Integration und Steuerung des Betriebs von drei Robotern und verschiedenen Ausrüstungsteilen für die Metallbearbeitung, Spritzguss, elektrische Prüfung und das Laden/Stapeln von Schalen eine separate SPS und eine umfangreiche kundenspezifische Programmierung erfordern. Die Zelldesigner waren jedoch in der Lage, alle wichtigen Geräte in der Zelle zu koordinieren und zu integrieren, indem sie die Fähigkeiten der Visual 3-Steuerung von Sepro nutzten.

Die neueste Integrationsverbesserung von Sepro, ein Feature-Set namens Easy Package, umfasst nicht nur die Interoperabilitätsfunktionen Spritzpresse/Roboter in Euromap 67, sondern fügt eine Reihe zusätzlicher Synchronisations-, Steuerungs-, Überwachungs- und Datenaustauschfunktionen hinzu. Durch die dramatische Erweiterung der Funktionalität von E67 und die Weiterentwicklung der Euromap-Protokolle (E79, E81) ermöglicht und vereinfacht das Easy Package von Sepro nicht nur die Integration und Steuerung von Spritzgussmaschinen und Robotern, sondern auch von kompletten Produktionssystemen – wie den Zwillings-Produktionszellen von KHG.

„Unserer Meinung nach ist die einfache Integration der große Vorteil des Sepro-Portfolios“, sagt Karrenberg von KHG. Durch die Nutzung der Integrationsfähigkeiten von Sepro durch vertrauenswürdige Anbieter erhielt KHG zwei Produktionszellen, die elegantere, leistungsfähigere und kosteneffizientere Ergebnisse mit weniger Programmier- und Integrationsaufwand liefern als die komplexeren Systeme, die sie zuerst in Betracht gezogen hatten. Da sowohl Sepro-Roboter als auch die visuelle Steuerung auf die Bedürfnisse von Spritzgießern zugeschnitten sind, sollen die anfängliche Programmierung, der Betrieb und die Integration mehrerer Elemente wesentlich einfacher sein, ebenso wie die Umschichtung von Anlagen, wenn zukünftige Anforderungen Produktionsänderungen erfordern.