Metall umspritzen

Meinolf Droege,

Geringen Energiekonsum und Automatisierung nutzen

Das Umspritzen von Metallkomponenten wie Kugellager und Hülsen in Maschinenkomponenten, beispielsweise für Festool oder Stihl, möglichst effizient gestalten – das war die Ausgangsforderung in einem neuen Kundenprojekt. Dazu wurden eine Spritzgießmaschine ausgewählt und mit Automatisierungskomponenten zu einer leistungsfähigen Gesamtlösung kombiniert.

Mit Hilfe eines 2D Visionsystems erkennt der Roboter die exakte Lage der Teile, die er in die Spritzgießform einlegt. © Fanuc

Zu Beginn hat sich der Kunststoff-Verarbeiter ausführlich mit der Frage beschäftigt, ob die nächste Spritzgießmaschine einen hydraulischen oder elektrischen Antrieb haben sollte. In einem Vergleichstest – gleiches Werkzeug, gleicher Werkstoff, gleicher Zyklus – wurden die Energieverbrauchswerte ermittelt. Ergebnis der strukturierte Herangehensweise bei der Maschinenauswahl: Die Fanuc Roboshot verbrauchte laut Anwender nur etwa ein Drittel der Energie im Vergleich zu den untersuchten und bis dahin eingesetzten hydraulischen Maschinen. Die Erkenntnis: Die Einsparung wird die Mehrkosten schnell wettmachen, vor allem bei hohen Auslastungen im Dauerbetrieb.

Energiewerte auf einen Blick bietet der in der Maschine integrierte Energiemonitor – es müssen keine externen Messgeräte angeschlossen werden. So liefern beispielsweise Erstbemusterungen auch gleich präzise Daten bezüglich des Energieaufwands mit.

Die vollelektrische Spritzgießmaschine setzte sich in einem Maschinenvergleich vor allem aufgrund des geringeren Energiebedarfs und ihrer Präzision durch. © Fanuc

Im nächsten Schritt der Anlagenkonfiguration stand die mögliche Automatisierung im Fokus. Stückzahlen jenseits der 200 000 rechtfertigen fast immer eine Automation. In der neuen Zelle wurde zunächst mit einem Produkt gestartet. Weniger als ein Jahr nach dem Start, ist die Maschine ausgelastet und läuft im Mehrschichtbetrieb. Vorteil des Einstiegs mit einem Artikel: Man kann Erfahrungen sammeln und potenziellen Kunden Referenzen und Muster zeigen. Es dauerte also nicht lange, bis die ersten Folgeaufträge akquiriert waren. Auf der von VL Robotix realisierten Zelle laufen fünf Artikel.

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Für den Verarbeiter ist die Robotertechnik ebenso wie der gesamte Maschinenpark in erster Linie Mittel zum Zweck. Die Technologie ist aber immer auch Teil des Firmenimages: Wenn Kunden oder potenzielle Kunden zum Verarbeiter kommen, sehen sie leistungsfähige Anlagen. Nun gehört auch die Roboterzelle dazu.

In der Zelle positioniert ein 6-Achs-Roboter von Fanuc die Einlegeteile im Spritzgießwerkzeug. Beispielsweise werden kleine Kugellager und Hülsen umspritzt; die fertigen Bauteile werden in einer Bohrmaschine von Festool eingesetzt. Ein weiteres Beispiel sind Kunststoff-Knebel mit integrierter Metallschraube, die in Stihl Geräten verbaut werden.

Mit der integrierten Lösung von Roboter und Spritzgießmaschine ist der Verarbeiter für technologisch anspruchsvolle Aufgaben gut gerüstet. © Fanuc

Zunächst wird das Zuführsystem, ein Vibrationsförderer, mit Buchsen, Stiften, Schrauben oder Kugellagern gefüllt. Bei Prozessstart vereinzelt ein Rüttler die Teile, die 2D-Visionsystem anschließend detektiert. Die Lageinformationen werden an den Roboter weitergegeben, der die Teile mit seinem Greifer aufnimmt und sie in das Spritzgießwerkzeug einlegt. Während des Spritzvorganges puffert der Roboter weitere Teile in einer Pufferstation, von wo er sie für jeden neuen Spritzzyklus aufnehmen kann. Die fertigen Teile werden auf einem Förderband abgelegt oder kommen als Schüttgut in einen Behälter.

Kombiniert wurden in der Zelle die vollelektrische Spritzgießmaschine Roboshot und ein LR Mate Roboter in der die Langarmversion mit 7 Kilogramm Traglast und 911 Millimeter Reichweite. Die Zuführtechnik mit Kamerasystem steuert der Roboter. Die Kommunikation zwischen Roboter und Spritzgießmaschine nutzt die die Fanuc-eigene digitale Schnittstelle, die gegenüber der üblichen Euromap 67-Schnittstelle mehrere Funktionen abbilden soll. Dank dieser Integration könne die Anlage von der Spritzgießmaschine aus gestartet, gestoppt und entstört werden. Somit sollen auch angelernte Bediener ohne Programmierkenntnisse die Produktion aufrechterhalten können.

Pfiffiges Detail der VL Robotix-Lösung: Auf einer freien Seite der Bedieneinheit lassen sich Parameter, die häufig gebraucht und geändert werden müssen, konzentriert zusammenfassen. Diese Zelle kann modular erweitert werden. So ließe sich beispielsweise auch eine automatisierte Stichprobenentnahme realisieren. SPC-Teile werden manuell aus einer Schublade entnommen. Dieser Schritt lässt sich mit einfachen Mitteln automatisieren. Er muss aber auch wirtschaftlich sein.

Um die Qualität produzierter Teile zu gewährleisten, werden in erster Linie Maschinendaten genutzt. Da die Roboshot ohnehin Parameter wie Temperaturen, Drücke oder Geschwindigkeiten protokolliert, lassen sich diese Werte direkt für die Prozessüberwachung verwenden. Fehlerhafte reine Kunststoffteile landen im recycelbaren Abfall, während fertig umspritzte, aber fehlerhafte Teile im Restmüll landen. Der Automatismus soll ausschließen, dass Metallteile in Kunststoffmühlen gelangen.

Künstliche Intelligenz eingesetzt

Die künstliche Intelligenz („AI“ Artificial Intelligence) unterstützt den Anwender durch einfachstes Setup komplexer Regelfunktionen. So kann die Funktion ‚AI Präzises Dosieren‘ kompensiert wechselndes Schließverhalten sowie schleichenden Verschleiß der mechanischen Rückstromsperre ausgleichen, indem die Maschine den Rückfluss misst, das Dosiervolumen mit dem Sollwert vergleicht und den Umschaltpunkt für jeden einzelnen Schuss anpasst. Somit sei sichergestellt, dass die Kavitäten immer gleichmäßig gefüllt werden. Der Vorteil für den Verarbeiter liegt auf der Hand: Höhere Teilegewichtskonstanz und stabilere Prozesse. Dabei sind keine Profi-Kenntnisse notwendig. Die Funktion wird optional aktiviert, alles Weitere übernimmt die AI.

Um die Form beim Schließen zu schützen, gibt es bei der Fanuc Roboshot eine KI-Funktion, die außerdem vor Verschleiß an Form und Auswerferstiften warnt. © Fanuc

Eine weitere Funktion ist der AI Formschutz. Er misst die Antriebskraft der Schließeinheit und stoppt die Formbewegung im Fall einer Kollision oder Toleranzabweichung um Schäden zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Gleichzeitig warnt diese Überwachung frühzeitig vor Verschleiß an Form- und Auswerferstiften. Das senkt Wartungskosten oder verhindert Kosten von Formreparaturen. So funktioniert es: In den ersten fünf Zyklen wird die notwendige Kraft des Werkzeug-Schließens gemessen und als Referenzkurve gespeichert. Abweichungen dazu führen zum Zyklusalarm. Die Sensibilität kann der Bediener beliebig festlegen. Auch die Auswerfer-Bewegung wird damit überwacht. Schwergängige Auswerfer-Pakete oder gelockerte Auswerfer-Stangen werden erkannt, bevor ein Schaden entsteht. Stillstandszeiten können damit verringert werden.

Für die Umsetzung des Projekts hatte Fanuc mögliche Systempartner vorgeschlagen, der Verarbeiter hat sich für VL Robotix entschieden. Ausschlaggebend seien die Referenzen des Integrators, der bereits mehrere Spritzgießmaschinen automatisiert hat. Auch die räumliche Nähe habe eine Rolle gespielt, das sie für die Inbetriebnahme und vor allem für den Betriebsalltag hilfreich war und die Schnittstellenproblematik eben keine gewesen sei. Da alle zentralen Komponenten von Fanuc kommen und dir Zelle aus einer Hand kommt, sind alle Maschinen und Baugruppen aufeinander abgestimmt.“ Das entlastet im Betriebsalltag, denn die zu produzierenden Teile sind technisch durchaus anspruchsvoll und erfordern Produktionsequipment auf dem aktuellen Stand.

Seit Einführung des Energiemanagements wurde die Transparenz in dem entscheidenden Kostenfaktor „Energieverbrauch“ deutlich verbessert. Auf Basis konkreter Zahlen konnten relevante Prozesse optimiert werden. Die Roboshot habe maßgeblich dazu beigetragen.

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