Variantenfertigung

Kleine Lose flexibel spritzgießen

Variantenfertigung mit vollautomatisierten Wechsel. Von Fahrzeugen bis zu elektronischen Geräten werden Produkte in immer vielfältigeren Designvariationen angeboten. Damit sinken die Losgrößen. Wie sich im Spritzguss kleinste Losgrößen mit der Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Großserie abbilden lassen sollen, demonstrierte Engel während der Fakuma in zwei Anwendungen.

Für die automatische Variantenfertigung integriert die kompakte Systemlösung die Spritzgießmaschine mit Knickarmroboter, den Bahnhof für die Greifer und Werkzeugeinsätze, Laserprinter, Montagevorrichtung und Fördereinheit zum Ausschleusen der einsatzbereit montierten Messschieber-Komponenten. © Engel

Stückzahlen kleiner 1000 wirtschaftlich im Spritzguss zu produzieren, ist eine besondere Herausforderung. Um hohe Variantenvielfalt wirtschaftlich abbilden zu können, kommen vielfach Werkzeuge mit Wechseleinsätzen zum Einsatz. Auf der Fakuma ging Engel gemeinsam mit Formenbauer Braunform und weiteren Systempartnern einen Schritt weiter: Die dort präsentierte Systemlösung ermöglicht den automatischen Wechsel der Werkzeugeinsätze in nur einer Minute.

Schauplatz des Geschehens ist eine hochintegrierte Fertigungszelle, auf der zweiteilige Messschieber – die Praktiker kennen sie als Schieblehre – aus ABS produziert werden. Damit waren gleich drei Premieren verbunden: Zum ersten Mal wurde eine voll automatisierte Lösung für den sehr schnellen Wechsel von Werkzeugeinsätzen präsentiert, gleichzeitig wurde damit die neue Baugröße 120 der vollelektrischen und holmlosen E-Motion TL-Baureihe mit 1200 Kilonewton Schließkraft vorgestellt. Außerdem war hier der elektronische Temperierwasserverteiler E-Flomo mit erweitertem Funktionsumfang im Einsatz.

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Um das Potenzial der neuen Lösung zu demonstrieren, werden die beiden geometrisch unterschiedlichen Komponenten des Messschiebers im schnellen Wechsel nacheinander hergestellt. Bereits nach drei Schuss meldet die Spritzgießmaschine dem integrierten Easix Knickarmroboter, dass das Los erfüllt ist und entriegelt die Werkzeugeinsätze. Der Roboter entnimmt zunächst das zuletzt produzierte Bauteil, wechselt dann den Greifer und tauscht die Werkzeugeinsätze aus. Von Gutteil zu Gutteil dauert dieser Prozess etwa eine Minute. Die Kommunikation zwischen Spritzgießmaschine und Peripherie läuft über Authentig, das MES der Engel-Tochter TIG. Die Software stellt der Maschine und dem Roboter jeweils die Teiledatensätze bereit.

Das Werkzeug arbeitet mit der patentierten Schnellwechselmechanik, um Produktwechsel in einer Minute zu ermöglichen. © Braunform

4.0-Assistenz für mehr Gutteile
Zu den Herausforderungen dieser Anwendung gehört, dass die beiden Bauteile deutlich unterschiedliche Schussgewichte aufweisen. Um dennoch nach dem Umrüsten schon mit dem ersten Schuss ein Gutteil zu produzieren, optimiert sich die Spritzgießmaschine mit Hilfe von drei Assistenzsystemen aus dem Inject 4.0-Programm kontinuierlich selbst. Während IQ Weight Control für jeden Schuss das Schmelzevolumen nachjustiert, ermittelt IQ Clamp Control die optimale Schließkraft und stellt diese automatisch ein. IQ Flow Control regelt auf Basis der von E-Flomo ermittelten Messwerte Temperaturdifferenzen im Kühlwasserverteilerkreis automatisch aus und passt die Pumpenleistung der E-Temp Temperiergeräte den aktuellen Prozessbedingungen an.

Der elektronische Temperierwasserverteiler leistet einen weiteren Beitrag zu den kurzen Rüstzeiten. Das automatisierte, sequentielle Ausblasen der Verteilerkreise im Werkzeug stellt sicher, dass Wasser und gegebenenfalls in den Temperierkanälen vorhandener Schmutz vor der Entnahme des Werkzeugs oder Werkzeugeinsatzes vollständig entfernt werden. Beim Einbau wiederum gewährleistet diese neue Funktion die optimale Entlüftung der Temperierkanäle. Der automatisierte Prozess soll gegenüber dem herkömmlichen, manuellen Ausblasen Zeit sparen und die Wartungsintervalle für das Werkzeug verlängern. Da beim manuellen Vorgehen oft nicht alle Kanäle gleichmäßig mit Druckluft durchströmt werden, kann Restwasser in den Kanälen verbleiben und zu Korrosion führen. Dieses Risiko soll die Automatisierung ausschließen.

Alle Einheiten kompakt integriert
Die während der Fakuma im Livebetrieb arbeitende Fertigungszelle war auffallend kompakt. Der im Zentrum arbeitende Easix-Roboter machte den „Hans-Dampf in allen Gassen“: Er übernahm das komplette Handling der Werkzeugeinsätze und Bauteile, das Kennzeichnen der Spritzgießteile und deren Montage sowie das Ausschleusen der Messschieber. Die Spritzgießmaschine, der Bahnhof für die Greifer und Werkzeugeinsätze, der Laserprinter, die Montagevorrichtung und die Fördereinheit sind dafür sternförmig um den Roboter herum angeordnet.

Zur platzsparenden Anordnung der Komponenten tragen vor allem zwei Faktoren bei. Zum einen die frei definierbaren Sperrräume des Roboters und zum anderen die holmlose Schließeinheit der Spritzgießmaschine. Der barrierefreie Zugang zum Werkzeugraum ermöglicht dem Roboter ohne Bewegungseinschränkungen nah an die Schließeinheit heran zu rücken.

Mit der vollständig automatisierten Fertigungszelle sprechen Engel und Braunform Kunden an, die einander ähnliche Artikel in jeweils kleinen Stückzahlen oder in hoher Variantenvielfalt fertigen. Typische Produkte sind Gebrauchsgüter wie Schreibgeräte, technische Teile in den Bereichen Automobil und Elektro, aber auch eine Reihe medizintechnischer Produkte.

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