Automatisierung PUR-Produktion

Mensch und Roboter Hand in Hand

PUR-Integralschaum-Teile besser handeln
Die Formen werden im sicheren Anlagenbereich vorbereitet.
Gesteigerter Durchsatz, hohe Effizienz, einfache Bedienbarkeit und größtmöglicher Schutz für den Werker im Zusammenspiel mit dem Roboter an einem fixierten Werkstückträger – das waren die Anforderungen für die Implementierung einer Teilautomation zur Herstellung von PUR-Teilen.

Gemeinsam entwickelten der Kunststoffverarbeiter MKG Metall- und Kunststoffverarbeitungsgesellschaft und der Automatisierer de Man ein durchgängiges Konzept, das dem Werker am Schnittpunkt mit dem Roboter optimalen Schutz bei gleichzeitiger Vervielfachung der Produktionsmenge sorgen soll. Das Projekt startete im Rahmen einer umfassenden Modernisierung der Produktion von PUR-Teilen für die Lkw-Fertigung.

Den Mittelpunkt der Applikation bildet ein Kuka-Roboter Typ KR125. Um ihn herum sind an drei Seiten je fünf Stellplätze für die Werkstückträger angeordnet, auf denen die Schäumformen aufgespannt sind. Jede dieser Seiten bildet in der Anlage eine Sektion. An der vierten Seite steht eine Hochdruckmaschine, die das Füllgemisch bereitstellt. Aufgrund der großen Dimension der Anlage ist der Roboter mit einer zusätzlichen Armverlängerung von etwa einem Meter ausgestattet. Der Arbeitsbereich des Werkers befindet sich außerhalb des Formen-Karrees, so dass die Formenträger den Schnittpunkt zwischen Mensch und Maschine bilden. Um die Sicherheit des Werkers zu gewährleisten, wurden für jede Sektion zwei 5 × 2 Meter große Zaunelemente eingeplant, die sich nach oben öffnen und wechselseitig den Zugriff auf die Werkstückträger ermöglichen.

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Befüllen und Verschließen ist datenbankgesteuert

Zum Füllen der Formen führt der Roboter einen integrierten Mischkopf, dessen Schläuche an die Hochdruckmaschine angeschlossen sind, über die Einfüllstutzen der Formen und füllt sie. Dabei greift er auf eine umfangreiche Datenbank zu, die ihm die notwendigen Daten wie Zahl und Koordinaten der Stutzen bei den zu füllenden Formen, Koordinaten der Schließer, Füllmenge und Reaktionszeit des Gemisches je Form vorgibt. Die Ablaufsteuerung wird von einer eigens entwickelten PC-Software übernommen. de Man legte eine Liste von Artikeln und eine Liste von Form-Typen an. Jedem der 15 Arbeitsplätze (3 × 5 an jeder Seite) werden ein Artikel, also die zu erstellende Produktart inklusive Aushärtzeit, und ein Form-Typ zugewiesen. Die Form-Typen unterscheiden sich in Funktionsweise (zum Beispiel ein oder zwei Deckel) und Ablauf (manuelle/automatische Bearbeitung, Belüftung, etc.). Beide Informationen werden per Devicenet an die Robotersteuerung übermittelt. Der Roboter „weiß“ so anhand des Form-Typs, wie der jeweilige Platz bearbeitet werden muss und anhand der Art, welches Produkt dort hergestellt wird und wie lange es aushärten muss. Dabei können in einer Form auch mehrere Teile entstehen.

Exakte Schließ- und Aushärtzeiten für höchste Qualität

Neben den Aushärtzeiten sind die verschiedenen Schließzeiten für jedes Produkt in der Datenbank hinterlegt. Die Formen dürfen nach dem Füllvorgang nicht gleich geschlossen werden, da das Material chemisch reagiert, sich dabei ausdehnt und die Luft aus den Formen entweichen muss. de Man hinterlegte für jede Form vier Schließzeiten, je nach gefertigtem Produkt wird eine davon von der Steuerung ausgewählt und durchgeführt. Erst nach Ablauf der Schließzeit verschließt sich der Einfüllstutzen automatisch, gleichzeitig startet ein interner Zähler, der die vorgegebene Reaktionszeit für diese Form herunter laufen lässt. Sind alle Formen gefüllt, ruht die Sektion, bis der letzte Zähler seine Laufzeit erreicht hat. Die Schutzgitter werden ebenfalls über die PC-Steuerung koordiniert. Erst wenn der letzte Timer für die Aushärtzeit abgelaufen ist öffnet sich die Sektion wieder für den Werker, indem das äußere Zaunelement nach oben gezogen wird und so den manuellen Zugriff auf die Formenträger ermöglicht. Gleichzeitig schließt sich das innere Element, außerdem werden die Formen entriegelt. Nachdem der Werker die fertigen Produkte entnommen, die Formen gesäubert und zur erneuten Befüllung vorbereitet hat, drückt er einen Knopf, woraufhin sich die Gitter wieder schließen und dem Roboter den Zugriff ermöglichen. Nach jedem Durchgang reinigt der Roboter seinen Einfüllstutzen an einer im Innenraum der Anlage integrierten Bürste, um Verunreinigungen beim neuen Befüllvorgang zu vermeiden.

Auswertung über BDE-System

Ein Betriebsdatenerfassungssystem (BDE) erfasst alle Vorgänge und stellt sie in einer Excel-Tabelle dar. So können jederzeit Dauer der Produktion, Menge und Art der produzierten Artikel etc. ausgewertet werden. Zu diesem Zweck ist der Rechner an das Firmennetzwerk angeschlossen. Die Eingabe der jeweiligen aktuellen Produktionsdaten (pro Durchgang) erfolgt jedoch manuell am Steuerungs-PC, eine Anbindung an ein ERP-System wäre hier nicht sinnvoll gewesen, da zum Beispiel das Teachen des Roboters sowie die Entnahme der gefertigten Teile sowieso manuell erfolgen muss. Zusätzlich wurde ein Formzähler in die Anlage integriert, an dem der Werker jederzeit ablesen kann, wie viele Durchgänge bereits absolviert und wie viele Produkte schon gefertigt wurden.

Drei Sektionen gewährleisten kontinuierlichen Umlauf

Da sich in der Anlage drei Sektionen befinden, wurde ein kontinuierlicher Umlauf geschaffen, bei dem eine der Sektionen vom Werker vorbereitet und eine andere befüllt wird, die dritte Sektion ruht. Dabei wird ein Umlauf optimiert, indem je Sektion Formen zusammengefasst werden, die eine ähnliche Reaktionszeit haben. Es können zu jedem Zeitpunkt an den 15 Arbeitsplätzen bis zu 15 verschiedene Teile gefertigt werden; auch Produkte, die aufgrund ihrer Größe zwei Formen beanspruchen oder aber mehrere Teile in einer Form werden hier produziert. MKG arbeitet aktiv mit etwa 100 verschiedenen Schäumformen. Bei einem Produktwechsel wird der entsprechende Formenträger mit einem Handhubwagen aus dem Karree herausgenommen und die Form außerhalb der Anlage gewechselt. Nach der Wiedereingliederung des Trägers werden die Koordinaten aller Einfüllstutzen und Verschlussspanner im Teach-In-Verfahren vom Werker angefahren und gespeichert. Dadurch ist man unabhängig von Formenart, Stellplatz des Trägers im Karree und seiner exakten Ausrichtung.

Durchsatz drastisch gesteigert

Dank Automatisierung der Anlage stieg der Anlagendurchsatz um ein Vielfaches. Darüber hinaus wurden durch exakte Einstellung von Füllmenge und Aushärt- und Schließzeit eine konstant hohe Qualität und weniger Materialverbrauch erreicht. Durch verbesserten Personaleinsatz, kürzere Einrichtungszeit und eine Erhöhung der Ausbringungsmenge sei eine extrem kurze Amortisationszeit erreicht worden. Die Anlage ist einfach zu bedienen. Darüber hinaus ist es erstmals möglich, die Leistung dieses Fertigungsbereichs zu dokumentieren und auszuwerten. de Man kann sich den weiteren Ausbau der Anlage vorstellen: So ist die Anbindung der Mischmaschine an das System und somit eine automatische Steuerung des Mischvorganges realisierbar; ebenfalls lässt sich das Teach-In-Verfahren mit einer Kameralösung automatisieren.

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