Arburg: In einem Schritt zum fertigen Hybridteil

Die Spritzgießmaschine arbeitet integriert in die automatische Produktionszelle, die kompletten Teile herstellt und konfektioniert in spezielle Behälter ablegt, die das Personal nur noch entnehmen muss.

Inzwischen nutzen einige Verarbeiter für die kombinierte Teileproduktion schon Technologien weit über die Spritzgießmaschine hinaus und realisieren voll automatisierte Arbeitsabläufe. Diese Projektanlagen sind zumeist hochkomplex und fertigen durchweg anspruchsvolle Serienteile.

Auch einige Arburg-Kunden haben sich mit der innovativen Produktionstechnologie – der Verfahrensintegration von Stanz- und Spritzgießtechnik – bereits eingehend beschäftigt. Dazu zählt das Unternehmen Weißer + Grießhaber aus Mönchweiler nahe Villingen-Schwenningen. Der Betrieb produziert sowohl Spritzteile als auch die zugehörigen Werkzeuge. Damit ist Weißer + Grießhaber für seine Kunden ein Systemlieferant mit einem möglichen Betreuungsumfang über die gesamte Wertschöpfungskette der Produktrealisierung hinweg.

Hier arbeiten Spritzgießmaschinen im Leistungsspektrum zwischen 150 und 2.000 kN. Den Löwenanteil der insgesamt 110 Spritzgießmaschinen stellt Arburg mit circa 90 Allroundern. Alle Maschinen laufen im Dreischichtbetrieb, wobei die optischen Bauteile wie Linsen, Gläser oder Prismen ausschließlich auf Allroundern hergestellt werden. Die Verantwortlichen bei Weißer + Grießhaber schätzen vor allem deren hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit bei der Serienfertigung. Das gilt auch für die Anlage, in der ein Allrounder integriert an der Fertigung von Trägerelementen beteiligt ist. Hier gilt es zunächst, hochpräzise Spritzteile zu fertigen, die anschließend auf einem Rundtakttisch mit simultan bearbeiteten und bereitgestellten Metallkontakten bestückt, kontrolliert und speziell konfektioniert werden.

Arbeitsstationen greifen nahlos ineinander

Ein schneller Roboter entnimmt die Teile zentrisch und übergibt sie an zwei Verschiebeschlitten, die jeweils mehrere Elemente fassen. Gesteuert wird der Roboter über eine Euromap-Schnittstelle der Maschine.

Die Trägerelemente kommen in Fahrzeugen als Verbindungselemente zum Einsatz und entstehen in einer hoch automatisierten Fertigungszelle mit integrierter Stanz-Biege- und Spritzgießtechnik. Mehrere Roboter führen die Einzelteile einem Rundtakttisch zu, werden hier komplett montiert, mehrfach geprüft und in Fertigteilbehälter abgelegt. Zunächst werden die runden Trägerelemente auf einem Allrounder 520 C mit 2.000 kN Schließkraft in einem Vierfach-Werkzeug gespritzt. Da es sich bei dem Trägerelement um ein dickwandiges glasfasergefülltes PBT-Teil handelt, ist eine konturnahe Formkühlung notwendig, die über mehrere HB-Therm-Temperiergeräte gefahren wird und so kurze Zyklen erreicht. Der Werkzeugbau von Weißer + Grießhaber hat diese anspruchsvolle Form im eigenen Haus realisiert. Die Automation mit Rundtakttisch, mehreren unterschiedlichen Arbeits- und Prüfstationen sowie Scara- und Mehrachs-Robotern entwickelte das Unternehmen zusammen mit der EGS Automatisierungstechnik, Blumberg.

1. Kontrollphase: Prüfung der Zentrierpins

Von den Verschiebeschlitten aus werden die Trägerelemente an die weiteren Stationen des Rundtakttisches weitergeleitet.

Der Entnahme-Roboter wird über eine Euromap-Schnittstelle an der Maschine gesteuert. Er greift die Teile zentrisch im geöffneten Werkzeug ab und übergibt sie an zwei Verschiebeschlitten, die jeweils vier Teile fassen und gegenläufig getaktet sind. Die Abstände der Positionen auf den Verschiebeschlitten entsprechen den Nestabständen im Werkzeug. Ein Scara-Robot übernimmt die Teile von den Verschiebeschlitten und setzt sie kurz zur Lichtschrankenprüfung der Zentrierpins ab. Anschließend setzt er sie auf den Rundtakttisch um, ehe eine weitere Prüfstation bestätigen muss, dass alle Teilekomponenten vorhanden sind.

Stanz-Biege-Einheit liefert die Metallteile simultan
Simultan zu Spritzgießmaschine und Rundtakttisch produziert und liefert die Stanz-Biege-Einheit der Fertigungszelle direkt vom Coil. Die Presskraft der Einheit liegt bei 200 kN. Das Folgeverbundwerkzeug führt 18 Stanz-Biege-Schritte aus, das Band besteht aus CuSn 015, das mit SnPb 5 einer Dicke zwischen zwei und vier Mikrometer galvanisiert ist. Ein Rundschaltteller, auf dem die Stanz-Biege-Teile abgelegt werden, dient als Puffer der Stanz-Biege-Einheit für die nächsten Hübe.

Zwei Scara-Roboter nehmen die Metallteile dort ab und positionieren sie lagerichtig zur nachgeordneten Verarbeitung auf einem weiteren Schiebeschlitten. Zwei Roboter kommen deshalb zum Einsatz, um die Gesamtfertigungszeit zu senken. Von der Übergabeposition des Verschiebeschlittens übernimmt ein dritter Scara die Stanz-Biege-Teile, um sie exakt auf dem Kunststoff-Trägerelement zu platzieren.

2. Kontrollphase: Alle Teile vorhanden?

Herzstück der Anlage ist der automatische Rundtakttisch, auf dem die Trägerelemente ihre Kontakte über die angeschlossene Stanz-Biege-Einheit erhalten, warmverstemmt sowie mehrfach auf Funktionsfähigkeit geprüft und dann geordnet in Behälter abgelegt werden.

Auf dem Rundtakttisch wird anschließend kontrolliert, ob alle Kontakte und damit die Metallteile lagerichtig vorhanden sind, bevor die Vorwärmstation für die Verstemmpins anfährt. Ein Luftstrom wärmt die Pins an, die auf der nächsten Station über heiße Prägestempel warmverstemmt werden. Das Verstemmen ist kraft-, weg- und zeitüberwacht. Es schließt sich eine Prüfung auf exakte Positionierung und Maße der Kontaktpins an. Das übernehmen zwei schräg von unten fokussierende Kameras. Eine zusätzliche Kameraprüfung von oben kontrolliert, ob die Laschen der Kontakte und Bohrungen für die Durchlassöffnungen der Phasenstäbe passgenau (Lage der Laschen über den Bohrungen) ausgeführt sind. Weiterhin wird an dieser Station das Aussehen der Verstemmköpfe kontrolliert.

Mehrere optische Überwachungssysteme prüfen beispielsweise die Maßhaltigkeit der Teile und die Vollständigkeit der Komponenten.

Wenn die Trägerelemente auch diesen Check als "i. O." passiert haben, taktet der Rundtisch zur Station Gutteilmarkierung weiter. Hier wird über einen oder zwei Körnerpunkte – der zweite Körnerpunkt markiert Teile, die manuell der Bestückung zugeführt wurden und aus einer anderen Kunststoffteile-Charge stammen – deutlich gemacht, dass die Komponenten perfekt ausgeführt und kontrolliert wurden. Danach entnimmt ein Roboter die Teile von der Entnahmestation des Rundtakttisches und legt sie geordnet in vom Kunden angelieferte spezielle Trays ab. Diese Behälter tragen an der Stirnseite jeweils einen Einsteckkarton mit Laserlack-Beschichtung, den noch in der Anlage ein CO2-Laser mit zehn Watt Leistung beschriftet. Darüber kann die Charge eindeutig zugeordnet und wiedererkannt werden.

Anlage für den Dreischicht-Betrieb ausgelegt
Die Fertigungszelle für die Trägerelemente kann dreischichtig produzieren und damit einen Ausstoß bis 18.000 Teile pro Tag erreichen. Damit liegt der Zyklus für die Herstellung des gesamten Teils bei rund 4,75 Sekunden.

Weißer + Grießhaber konnte in diesem Projekt seine Kompetenz als Systemlieferant voll zur Geltung bringen. Zusammen mit Auftraggeber und Unterlieferanten des Unternehmens wurden sowohl das Trägerelement als auch das Layout der Stanzteile entwickelt und zur automatischen Teilefertigung optimiert. Zusätzlich kümmerte sich das Unternehmen um das optimale Layout der Fertigungszelle. Insgesamt arbeiten hier sieben Roboter-Systeme, fünf Scara- und zwei Sechsachs-Knickarm-Geräte, zusammen. Werden so viele unterschiedliche Techniken in einer Anlage kombiniert, kommt es besonders auf deren Verlässlichkeit an. Hier hat Weißer + Grießhaber mit den beteiligten Projektpartnern gute Erfahrungen gemacht:
• EGS Automatisierungstechnik GmbH (Automatisierung),
• Kleiner GmbH (Stanz-Biege-Technik)
• Castoro-Q GmbH (Messtechnik),
• Schmidt Technology GmbH (Umformtechnik),
• MWTS GmbH (Stanztechnik),
• KBA-Metronic AG (Drucktechnik),
• Leister Process Technologies (Prozesswärme) und
• Arburg GmbH + Co KG (Spritzgießtechnik)

Die Verantwortlichen bei Weißer + Grießhaber schätzen neben der Präzision die geringe Reparaturanfälligkeit der Allrounder-Spritzgießmaschinen. Die Maschinenbediener profitieren von der Selogica-Maschinensteuerung, die sie aufgrund ihres intuitiven Aufbaus leicht und schnell verstehen. Die Praxis zeigt, dass solche komplexen Anlagen bei grundlegender, gewissenhafter Planung reibungslos funktionieren. Deshalb hat Weißer + Grießhaber bereits weitere solcher verfahrensintegrierten Fertigungszellen in der Planung.

Der Verarbeiter
Das 1969 gegründete Unternehmen Weißer + Grießhaber stellt laut eigener Angabe technische Präzisionsteile mit Gewichten zwischen 0,01 und 300 Gramm her. Die Kernkompetenzen liegen in den Sektoren Verzahnung und Getriebe, Inserttechnik und Hybridbauteile, Dünnwandtechnik und Mikrofiltersysteme sowie Linsen und andere optische Teile. Verarbeitet werden ausschließlich Thermoplaste und TPE. Die Kunden des Unternehmens verteilen sich auf die Branchen Heizungs-, Klima- und Sanitärtechnik sowie Automobilindustrie, Mess-, Regel- und Sicherheitstechnik und weitere Branchen wie Getriebebau, Industrieanwendungen und Uhrentechnik. Am Standort Deutschland arbeiten knapp 200 Mitarbeiter, der Umsatz liegt bei 36,7 Mio. Euro (2008).

Weitere Informationen: www.arburg.com, www.weisser-griesshaber.de

Proform 2010, 8.-11. Juni 2010, Dortmund, Halle 4, Stand B40

Arburg GmbH + Co KG, Lossburg

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