Kategorien: Application News (deutsch) News vom 21.08.2006

REMAK Maschinenbau GmbH - Roboterzelle löst Probleme beim Spritzgießen

Bito Lagertechnik in Meisenheim ist Spezialist für Komplettlösungen automatisch bedienter Regalanlagen. Die dazu notwendigen selbst entwickelten Kunststoffbehälter und Tablare stellt das Unternehmen im Kunststoffspritzgießverfahren her. Diese Behälter erfüllen besondere Anforderungen.

Einrichtung einer Fertigungszelle ersetzt Fräsmaschine und verbessert die Produktivität

Bito Lagertechnik in Meisenheim ist Spezialist für Komplettlösungen automatisch bedienter Regalanlagen. Die dazu notwendigen selbst entwickelten Kunststoffbehälter und Tablare stellt das Unternehmen im Kunststoffspritzgießverfahren her. Diese Behälter erfüllen besondere Anforderungen.

• Um die Durchbiegung bei hoher Last gering zu halten, verfügen sie über einen steifen Doppelboden.,
• Der Behälterboden ist plan und sehr glatt für eine geräuscharme Förderung.
• Für Lager mit Sprinkleranlagen werden nach BG 4.3 VdS Behälter mit gelochtem Boden angeboten, damit das

Löschwasser nach unten laufen kann - Sicherheitsaspekt Nr. 1 - und nicht im Behälter stehen bleibt und so das Gewicht des Behälters unzulässig nach oben treibt - Sicherheitsaspekt Nr. 2 -.

Die kunststoffgerechte Gestaltung der Behälter erfordert zur Aussteifung des Bodens eine Verrippung auf dessen Außenseite. Auf diese Rippen wird eine glatte Bodenplatte im Vibrationsverfahren aufgeschweißt. Das Ergebnis ist ein sehr steifes Waben-Sandwich-System. Um die Fertigung der Behälter effizient zu gestalten, müssen einige Logistik-Probleme gelöst werden. So müssen die Behälter nach dem Spritzgießen bis zum Aufschweißen des Bodens 24 Stunden im Trockenen zwischengelagert werden, bis der Schrumpfprozess des Materials weitestgehend abgeschlossen ist. Bei einem Behälter mit 600 mm x 400 mm Grundfläche und einer Behälterhöhe von beispielsweise 320 mm wird ein Lagerraum von rund 200 m³ benötigt, der für den Schrumpfungsprozess bereitgestellt werden muss, bei größeren Behältern ist der Raumbedarf entsprechend größer. Für eine leichtere Umwälzung des Lagervolumens ist das Lager als Durchlauflager ausgelegt.

Die Fertigung bei Bito läuft kontinuierlich im Drei-Schicht-Betrieb.

Nach dem Durchlauf der Behälter durch den Durchlaufpuffer - first in - first out - werden Bodenplatten auf die Behälter aufgeschweißt. Bedingt durch das Schweißverfahren müssen die Bodenplatten ca. 3 mm in Breite und Länge größer gewählt werden, als es für das Abschließen der Bodenrippen erforderlich ist. Der entstehende Überstand wird nach dem Aufschweißen konturgenau abgefräst. Gleichzeitig wird durch Anfräsen einer Fase eine Anlaufschräge angebracht, die den Transport auf der Förderstrecke erleichtert.

In der gleichen Aufspannung werden bei Bedarf auch die Löcher (für das oben genannte Behälter-Beispiel – 12 Stück á 10 mm Durchmesser) gebohrt. Zuletzt werden die Behälter ionisiert, damit sie beim Transport zum Endkunden möglichst wenig Staub anziehen. Sie werden mit Barcode-Labeln allseitig gekennzeichnet, auf Paletten gestellt und versandfertig in Folie eingeschrumpft. Alle Prozessschritte müssen synchron im Takt der Spritzgießfertigung abgearbeitet werden. Nur so ist auf der kleinen Fertigungsfläche die Produktion mit gleich bleibend hoher Qualität möglich.

Fertigungszelle zum Fräsen und Bohren von Kunststofflagerbehältern. Am rechten Bildrand ist das Durchlauflager zu sehen.

Bearbeitungs-Wendekopf mit einem Hartmetall-bestückten Bohrer und Fräser. Beide Werkzeuge laufen ohne Unterbrechung - der nicht im Kontakt mit dem Behälter stehende Kopf läuft leer mit -, damit brauchen sie nicht abgebremst und wieder beschleunigt zu werden.

Bedientableau zur einfachen Bahnkorrektur mit Leuchttasten. die Tasten mit der Kennzeichnung "0" stehen für die programmierte Referenzbahn.

Bilder: REMAK Maschinenbau GmbH

Roboter ist Herzstück der Fertigungszelle

Bisher wurden die Behälter mit einer CNC gesteuerten Fräsmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel bearbeitet. Bei größeren Behältern und wenn zusätzlich zum Fräsen Löcher gebohrt werden müssen, dauert der Fertigungsablauf der Fräsmaschine länger als der Spritzgießzyklus. Das erzwingt einen diskontinuierlichen Fertigungsablauf mit großem Lagerbedarf und führt so zu geringerer Teilequalität. Durch das chargenweise Abarbeiten des Zwischenlagers werden Behälter gefräst, die unterschiedlich lange gelagert wurden und dadurch unterschiedlich geschrumpft sind. Damit dies vermieden wird, sieht das neue Fertigungskonzept den Einsatz einer REMAK Robotfertigungszelle vor.

Herzstück der REMAK-Fertigungszelle Fräsen und Bohren ist ein Knickarm-Roboter KR 60-3 HA - Hersteller KUKA Roboter GmbH, Augsburg. Der KUKA-Roboter steht hier zusammen mit einem Drehtisch auf einer gemeinsamen massiven Grundplatte, ein Merkmal aller REMAK-Fertigungszellen. Sie ist das zentrale Transportmittel und die Ausrichtbasis der Fertigungszelle.

REMAK hat die Bedienung und Programmierung des KUKA-Roboters durch eine neu entwickelte Bedieneroberfläche entscheidend vereinfacht. Speziell für diesen Anwendungsfall wurde ein zusätzliches Bedienfeld zur Bahnkorrektur entwickelt. Die konstruktive Anordnung des Bearbeitungs-Wendekopfes mit Fräser- und Bohrerantrieb ermöglicht die besonders einfache Programmierung der unterschiedlichen Fertigungsaufgaben, weil der TCP - „tool center point“ - für beide Werkzeuge gleich ist.

Das Be- und Entladen der Bearbeitungszelle erfolgt losgelöst vom Bearbeitungsvorgang. Der Bediener der Vibrationsschweißmaschine setzt den zu bearbeitenden Behälter oder das Tablar nach der Entnahme aus der Schweißmaschine – außerhalb der Bearbeitungszelle – auf eine Vorrichtung. Diese Vorrichtung saugt den Behälter an und zentriert ihn. Sie ist gemeinsam mit einer zweiten Vorrichtung „auf Umschlag“ auf dem Drehtisch montiert. Mitdrehende Schutzelemente in der Mitte des Tisches bilden den Sicherheitsabschluss der Fertigungszelle.

Nach dem Beladen verlässt der Bediener den von einer Lichtschranke überwachten Vorraum des Aufgabeplatzes und bestätigt durch Tastendruck am Bedienfeld die Beladung. Zeitgekoppelt fräst und bohrt der Roboter währenddem in der Zelle ein Formteil auf dem Wendetisch. Danach fährt er mit dem Bohrkopf in eine Abreinigungs- und Prüfstation, in der anhaftende Späne vom Bohrer abgestreift werden und dieser auf Anwesenheit/Bruch geprüft wird. Gleichzeitig gibt die Robotersteuerung den Befehl zum Wenden des Tisches. Das bearbeitetet Teil wird so nach außen, das neu aufgegebene, unbearbeitete Teil nach innen gedreht. Der Roboter beginnt wieder zu arbeiten, während außerhalb der Bediener das fertige Teil prüft und eventuell anhaftende Späne abkehrt.

Prozessbedingt können beim Spritzgießen und/oder durch unterschiedliche Lagerzeiten (trotz Durchlauflager) Bearbeitungstoleranzen an den Fräskanten auftreten. Diese Abweichungen kann der Bediener auf einfache Weise reduzieren, ohne dass er in den Programmablauf eingreifen muss, indem er auf einem Bedienfeld Plus-Minus-Tasten betätigt. Bleibt z. B. ein Fräsrückstand an einer Kante, so kann der Bediener durch Drücken der Minus-Taste, die dieser Fräskante zugeordnet ist, in Schritten von 0,1 mm das Fräsmaß dieser Kante im Raum parallel zur Bodenfläche des Behälters nach “minus“ (= kleineres Bodenmaß) verschieben und so das Fräsergebnis verbessern. Die Bahnkorrektur wird vom Roboter zwischengespeichert und bei allen nachfolgend zu bearbeitenden Behältern beachtet, bis die Korrektur geändert oder zurückgesetzt wird. Das Bedienfeld zeigt über Leuchttasten an, wo sich die aktuelle Bahn im Vergleich zur programmierten Referenzbahn (gekennzeichnet durch „0“) befindet.

Die Verschiebung der Fräskante beeinflusst das programmierte Bohrraster nicht. Toleranzen des Spritzgussteils werden hier als geringfügige Verschiebung des Bohrlochs zum spritzgegossenen Loch akzeptiert. Wird das geprüfte Teil als gut bewertet, gibt der Bediener den Behälter weiter zur automatischen statischen Entladung. Die Vorrichtung zur Artikelaufnahme ist frei und kann neu beladen werden.

Kontinuierlicher, getakteter Prozess

Obwohl die Schnittgeschwindigkeiten und damit die Fräs- sowie Bohrzeiten in beiden Fällen vergleichbar sind, kann nur die Roboterfertigungszelle im Zyklus der Spritzgießmaschine arbeiten und ist deshalb der Fräsmaschine weit überlegen. Der Grund dafür: Die Ent- und Beladung erfolgt zeitlich entkoppelt vom Bearbeitungsvorgang. Der Roboter startet selbsttätig. Fräskopf und Bohrkopf werden nicht gewechselt, sondern nur umorientiert. Beide laufen ständig mit stufenlos einstellbaren Drehzahlen (maximal 15 000 Umdrehungen pro Minute). Der nicht im Eingriff stehende Kopf läuft leer mit, damit brauchen die Werkzeuge nicht abgebremst und wieder beschleunigt zu werden. Der Roboter kann im Schnellgang räumliche Abstände überbrücken und wenn nötig wechselnd fräsen oder bohren, wenn die geometrische Anordnung dies sinnvoll erscheinen lässt.

Als weiteren Vorteil bietet die Roboterzelle einen größeren Arbeitsbereich. Sie kann Teile bis 900 x 750 mm Grundfläche handhaben. Gegebenenfalls ist es sogar möglich, die Behälterwände seitlich zu bearbeiten.

Weitere Informationen:

REMAK Maschinenbau GmbH
Herr Dipl.-Ing. Bernd F. Johannson
Darmstädter Str. 72, 64354 Reinheim
Tel.: (+49) 06162/8040, Fax: (+49) 06162/80459
E-Mail: johannson @ remak-online.de

www.remak-online.de

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