Wie eine schlanke Roboterstrategie die Automobil-Umspritzproduktion revolutionierte

KHG Plastics GmbHs neueste Ergänzung zu seiner Velberg, Deutschland Anlage ist ein Paar kompakter vertikaler Spritzgießzellen. Zusammen können sie wöchentlich rund 40.000 umspritzte Elektrikkontakte für Automobilbeleuchtungssysteme produzieren und dabei Metallbearbeitung, Umspritzen, Testen und Verpacken in einen vollautomatischen Prozess integrieren – ausgeführt mit bemerkenswerter Eleganz und Einfachheit.

Ursprünglich plante KHG Plastics, Teile durch die verschiedenen Phasen mit zwei Sechs-Achs-Robotern, einem menschlichen Bediener und ergänzender Automatisierung zu shuttlen. Sepro, in Partnerschaft mit lokalem Integrator Kiki, präsentierte eine optimierte Alternative: drei lineare, dreiachsige Roboter, koordiniert durch ein einziges Steuerungssystem. Das Ergebnis war eine kompaktere, höherproduzierende Zelle – demonstrierend, wie unkonventionelle Lösungen überlegene Ergebnisse liefern können.

Automatisierung mehrerer Funktionen

Nachdem KHG die Chance erhielt, einen neuen umspritzten Metallkontakt für die Fahrzeugbeleuchtung eines Automobilherstellers zu produzieren, entwarf das Unternehmen eine vollautomatische Produktionslinie, die eine Reihe von Geräten verwebte:

• eine Metall-Stanz- und Biegemaschine zur Verarbeitung von Rohlingen in links- und rechtsorientierte Kontakte
• eine vertikale Spritzgießmaschine zum Umspritzen der Metallstanzteile
• eine Teststation für 500 V Kurzschlussverifizierung
• eine Verpackungsstation, die „gute“ Teile in stapelbare Trays für nachgelagerte Automatisierung oder Versand überführt

Da der Workflow Vor- und Nachformoperationen umfasste, sah das ursprüngliche Konzept zwei Sechs-Achs-Roboter vor – eine große, zentral platzierte Einheit für Stanzung, Formen und Test, und einen kleineren Roboter zum Laden fertiger Teile in Trays. Zwar logisch, warf dieses Layout Bedenken hinsichtlich Fußabdruck und Reichweite auf. Sepros Marius Svagnea bestätigte prompt, dass ein Linearroboter die große Sechs-Achs-Einheit ersetzen könnte. Der Sepro S5-35, ein dreiachsiges Modell, bot 4000 mm horizontale Hubweite, drastisch reduzierte Zellengröße und ermöglichte einfacheren Zugang für Wartung und Gerätewechsel.

Aufbauend auf diesem Einfall schlug Svagnea einen zweiten Linearroboter vor, den kleineren Success 7, für die Handhabung getesteter Teile, und einen dritten, den Success 11, für Tray-Laden, -Entladen und -Stapeln. Die Positionierung der Linearroboter über den Spritzmaschinen vereinfachte Maschinenplatzierung, senkte Platzbedarf und bewahrte volle Reichweite dank anpassbarer Horizontalträger.

KHG war beeindruckt: „Wir sahen, dass ein Sechs-Achs-Roboter zu viel Platz beansprucht und zu begrenzte Reichweite hätte“, sagte CEO Lutz Karrenberg. „Die Sepro/Kiki-Lösung kombinierte mehrere Standardroboter in sehr kleinem Raum. Das war der Hauptgrund für unsere Entscheidung.“

Karrenberg fügte hinzu: „Wir dachten nicht unbedingt zuerst an eine Lösung mit Tray-Wagen, der Laden via drittem Robotersystem beinhaltet. Diese Idee kam komplett von Sepro, die bereits etwas Ähnliches implementiert hatten. Diese Lösung sparte nicht nur viel Platz, sondern optimierte auch unseren Workflow und brachte hohe Flexibilität für zukünftige Produktionsaufgaben.“

Zellen im Betrieb

Jeder Roboter operiert unter seinem eigenen Sepro Visual Controller, aber der Visual 3 am S5-35 dient auch als Master-Controller, der Sicherheit und Operationen zellenweit synchronisiert.

Der S5-35 beginnt den Zyklus, indem er vier gestanzte und gebogene Kontakte – zwei links-, zwei rechtshändig – von der Stanz-/Biegeeinheit's Shuttle-Tabelle aufnimmt. Er platziert sie in die untere Hälfte des offenen Drehtisches der vertikalen Spritzgießmaschine, sichert sie mit End-of-Arm-Tooling und initiiert Umspritzen. Nach Entnahme der vier Fertigteile des Vorzyklus überführt der Roboter die neuen Teile zur Teststation, wo ein 500 V Kurzschlusstest durchgeführt wird. Akzeptable Teile werden an eine Transferstation bewegt; Ausschussteile werden aus der Linie entfernt.

Als Nächstes entnimmt der Success 7 getestete Teile von der Transferstation, sortiert sie nach Orientierung und legt sie in die entsprechenden Teil-Trays. Mit 1500 mm horizontaler Hubweite bewältigt er diese Aufgabe effizient.

Schließlich managt der Success 11 Tray-Logistik: er bewegt gefüllte Trays zu Entladestationen, stapelt sie auf fahrbaren Wagen, holt leere Trays aus dem Lager und platziert sie zurück auf den Schlittentisch für den nächsten Füllzyklus.

Die einzige erforderliche menschliche Intervention ist das Entfernen voller Trays – etwa alle sechs Stunden.

Vereinfachung Multi-Maschinen-Integration

Die Koordination von drei Robotern und einer Suite aus Metallbearbeitung, Spritzgießen, elektrischem Testen und Tray-Handling würde normalerweise separate SPSen und umfangreiche Custom-Programmierung erfordern. Sepros Visual 3 Steuerung, erweitert durch das Easy Package Feature-Set, integrierte alle Schlüsselequipment nahtlos. Easy Package erweitert Euromap 67's Spritzpresse/Roboter-Interoperabilität und fügt Synchronisation, Steuerung, Überwachung und Datenaustausch über E79 und E81 Protokolle hinzu.

„Die Einfachheit der Integration ist der große Vorteil von Sepros Portfolio“, sagte KHGs Lutz Karrenberg. Durch Nutzung von Sepros Integrationswerkzeugen über vertrauenswürdige Partner erreichte KHG zwei Produktionszellen, die elegantere, leistungsstärkere und kosteneffizientere Ergebnisse liefern als die ursprünglich in Betracht gezogenen, komplexeren Systeme – während weniger Programmierungs- und Integrationsaufwand erforderlich war. Zudem erleichtert das Design die schnelle Neubesetzung von Assets, wenn sich zukünftige Produktionsbedürfnisse ändern.