Produktion von Kunststoff-Hybrid-Steckern

Annina Schopen,

Hand in Hand in unter 10 Sekunden

Was tun bei permanent steigender Nachfrage nach Kunststoff-Hybridbauteilen unter Platz- und Personalrestriktionen? Ein international agierender Automobilzulieferer setzt auf eine intelligent verkettete Anlage mit zwei Spritzgießmaschinen und sechs Robotern.

Sämtliche Be- und Entladeprozesse an der 2K-Spritzgießmaschine von Arburg fallen in den Aufgabenbereich des Sechsachsers Motoman GP50, an dem ein 36 kg schweres Dreifach-Greifsystem montiert ist. © EGS

KE Elektronik gehört zur amerikanischen Amphenol Corporation, einem Hersteller von Steckverbindern. Am Stammsitz Kressberg-Marktlustenau produziert das Unternehmen mit 300 Mitarbeiter:innen unter anderem Motorlüfterstecker, die sowohl in hybriden wie rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Bei diesen Steckern handelt es sich um Kunststoff-Hybridbauteile, bei denen vier Metallkontakte mit drei unterschiedlichen Kunststoffen umspritzt werden.

„Die Herstellung dieser Stecker ist ein relativ komplexer Prozess, der an eine Vielzahl von Prüfschritten sowie eine lückenlose Rückverfolgbarkeit gekoppelt ist. Um hier der permanent steigenden Nachfrage bei dem bestehenden Fachkräftemangel gerecht werden zu können, war eine intelligente Automatisierungslösung gefragt“, so Jens Gradenegger, Teamleiter Spritzgießautomation bei KE Elektronik. Mit der Maßgabe, zwei Stanz-Biege-Einheiten und zwei Arburg-Spritzgießmaschinen so zu automatisieren und zu verketten, dass die resultierende Fertigungsinsel einen Output von mehreren Millionen Stecker pro Jahr erreichen kann, wandte sich KE an die EGS Automation aus Donaueschingen. „Wir stellen gerne unser Know-how bei anspruchsvollen Projekten unter Beweis“, so EGS-Projektleiter Hartmut Pfalzgraf. So gelang es, auf 15 x 6 Metern eine Fertigungsinsel mit sechs Motoman-Robotern von Yaskawa, jeder Menge Handhabungs- und Prüftechnik und einem Sumo-Ecoplex2-Palettiersystem zu konzipieren. Die Linie ist in vier Module gegliedert:

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Modul I: Bereitstellung der Steckerpins

Zwei Stanz-Biege-Einheiten sorgen für die kontinuierliche Bereitstellung der Steckerkontakte. Während auf der einen Linie Signal-Pins hergestellt werden, produziert die andere Power-Pins. An jeder Stanz-Biege-Einheit ist ein Motoman GP7 mit mechanischem Greifer, ausgestattet mit integrierter Sensorik und um 25° geneigt, installiert. „Mit der Schrägstellung des Roboters ist es uns gelungen, die benötigte Drehung von der Entnahme- zur Einlegeposition komplett über die S-Achse zu realisieren, um so die Taktzeit auf ein Minimum zu reduzieren“, so Hartmut Pfalzgraf. Die Taktzeitvorgaben lagen bei unter zehn Sekunden pro Stecker.

Die beiden Sechsachser entnehmen an ihrer Linie jeweils zwei Kontakte und positionieren diese in einem Werkstückträger mit vier Aufnahmen, von der jede wiederum mit vier Kontakten bestückt werden muss. Nach vier Arbeitszyklen haben die beiden Sechs- achser die vier Aufnahmen komplett bestückt und die Werkstückträger erreichen ihre Entladeposition, an der sie der Motoman GP50 von Modul II in Empfang nimmt.

Modul II: komplexe Handhabungsprozesse mit dem GP50

Herzstück von Modul II ist eine 2K-Spritzgießmaschine von Arburg, auf der zwei Kunststoffe gleichzeitig verarbeitet werden. Im ersten Schuss erfolgt mit dem oberen Werkzeug der SGM eine Formumspritzung, die die Kontakte in der gewünschten Lage fixiert. Die entstandenen Kontaktträger werden dann im zweiten Schuss mit dem unteren Spritzgießwerkzeug zu einem Anschlussstecker umspritzt. Sämtliche Be- und Entladeprozesse dieser SGM fallen in den Aufgabenbereich eines Sechsachsers Motoman GP50 von Yaskawa, an dem ein 36 kg schweres Dreifach-Greifsystem montiert ist.

Zunächst muss der Roboter die SGM entladen, ehe er sie mit neuen Kontakten bestücken kann. Dazu muss der Sechsachser die fertig umspritzten Anschlussstecker aus dem unteren Werkzeug entnehmen, die Vorspritzlinge aus dem oberen ins untere Werkzeug umsetzen und abschließend das jetzt leere obere Werkzeug mit den 4 x 4 Stanzbiegekontakten aus dem WT von Modul 1 bestücken. Um die geforderte Präzision beim Greifen erreichen zu können, docke der Roboter vor dem eigentlichen Handhaben über einen Zentriergreifer an den Werkzeugen an, so Jens Gradenegger.

Abschließend steht das Ablegen der umspritzten Stecker auf einem weiteren Werkstückträger auf dem Programm. Über ein Transfersystem gelangt der Werkstückträger mit insgesamt acht Steckern von Modul II zu Modul III.

Modul III: spezielle LSR-Umspritzung

Der wesentliche Prozessschritt im Modul III besteht aus einer LSR-Umspritzung der Stecker, die ebenfalls auf einer Arburg-Spritzgießmaschine stattfindet. Der Vorteil dabei: Durch das Umspritzen der Stecker mit einer Silikonlippe kann eine separate Dichtung entfallen und somit auf ein zusätzliches Bauteil, das Probleme bei der Montage verursachen könnte, verzichtet werden.

Im Modul III kommt ebenfalls ein GP50 zum Einsatz, dessen Arbeitsinhalt aber nicht ganz so komplex ist. Der Roboter entnimmt die 2x4 Stecker aus dem WT und prüft deren Temperatur vor einer Wärmebildkamera. Nur wenn die Temperatur im definierten Fenster liegt, sind die Teile für den nächsten Spritzgießprozess geeignet und der Roboter legt sie in das Werkzeug ein. Auch hier steht vor der Bestückung der Spritzgießmaschine zunächst die Entnahme der acht Fertigteile. Damit bestückt der GP50 ein 2-fach-Shuttle, das dann insgesamt 16 Teile zum letzten Modul bringt.

Modul IV: prüfen, prüfen, prüfen

An Modul IV kommt ein weiterer GP7 zum Einsatz, dessen Aufgabe darin besteht, die Fertigteile aufzunehmen und an einen Rundschalttisch zu übergeben. „Auf diesem Rundschalttisch befinden sich diverse Prüfstationen sowie eine Montagestation, die mit einem Scara-Roboter des Typs Motoman SG650 ausgestattet ist. Hier ist es uns gelungen, auf äußerst kompakten Raum wirklich viele Prozesse zu integrieren“, freut sich Jens Gradenegger.

Blick von oben auf das Modul IV mit den beiden Robotern SG 650 und GP7. © EGS

Hier dreht sich alles um die Qualitätssicherung. Zu Beginn steht eine Durchgangs- und Hochspannungs-Prüfung an, daran schließt sich eine Pinpositionskontrolle mit einem Triangulationslaser an, es folgt eine Kamerainspektion der LSR-Umspritzung, ehe das Bauteil über einen Kennzeichnungslaser mit einem Data Matrix Code versehen wird, der eine hundertprozentige Rückverfolgbarkeit sicherstellt. Anschließend wird auch der DMC geprüft. Hat das Bauteil den kompletten Prüfungsmarathon als Gutteil bestanden, erfolgt abschließend die kraftmomentengeregelte Montage einer Schutzkappe, die der Scara-Roboter SG 650 übernimmt.

Während der Scara-Roboter nicht bis an seine Grenzen gefordert ist, sieht die Sache beim GP7 anders aus: „Der Sechsachser ist der taktzeitkritische Roboter, denn er bestückt nicht nur den Rundschalttisch, sondern legt die Fertigteile abschließend in einem Sumo Ecoplex2, dem Topseller unter den EGS-Palettiersystemen, in Trays ab. Hier mussten wir sämtliche Register ziehen, um unsere Taktzeitvorgaben nicht zu gefährden. So ist der Roboter unter anderem mit einem 2+2-fach-Greifsystem ausgestattet, um die Anzahl der Fahrbewegungen reduzieren zu können“, so Hartmut Pfalzgraf. Die Anlage läuft seit September 2021 im Dreischichtbetrieb und erfüllt die Erwartungen seitens KE in vollem Umfang, wie Jens Gradenegger versichert.

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