Automatisierte Stecker-Produktion dank Robotern

Eine Fertigungsinsel mit sechs Motoman-Robotern von Yaskawa, jeder Menge Handhabungs- und Prüftechnik und einem Sumo Ecoplex 2 Palettiersystem produziert bei KE Elektronik mehrere Millionen Kunststoff-Hybridstecker im Jahr. Foto: EGS

KE Elektronik setzt bei der automatisierten Produktion von Kunststoff-Steckern auf eine verkettete Anlage mit zwei Spritzgießmaschinen und sechs Robotern.

Bei den Hybridbauteilen, für deren Fertigung Arburg Spritzgießmaschinen und Yaskawa Roboter zum Einsatz kommen, handelt es sich um Motorlüfterstecker. Für sie werden vier Metallkontakte mit drei unterschiedlichen Kunststoffen umspritzt. Verbaut werden sie sowohl in hybriden als auch in rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen.

„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. Das Unternehmen mit seinen weltweit rund 3.000 Mitarbeitern ist Zulieferer der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Die Motorlüfterstecker werden am Stammsitz in Kressberg-Marktlustenau produziert.

Output von mehreren Millionen Stecker pro Jahr

Jens Gradenegger, Teamleiter Spritzgießautomation bei KE Elektronik, und EGS-Projektleiter Hartmut Pfalzgraf konnten mit dem Projekt alle Vorgaben erfüllen. Foto: EGS

Mit der Maßgabe, zwei Stanz-Biege-Einheiten und zwei Spritzgießmaschinen von Arburg so zu automatisieren und zu verketten, dass die resultierende Fertigungsinsel einen Output von mehreren Millionen Stecker pro Jahr erreichen kann, wandte sich KE Elektronik an EGS Automation mit Sitz in Donaueschingen. „Wir stellen gerne unser Know-how bei anspruchsvollen Projekten unter Beweis und hier hatten wir tatsächlich reichlich Gelegenheit dazu“, sagt EGS-Projektleiter Hartmut Pfalzgraf. In enger Zusammenarbeit mit KE ist es gelungen, auf 15 x 6 m eine Fertigungsinsel zu konzipieren, die mit sechs Motoman-Robotern von Yaskawa, jeder Menge Handhabungs- und Prüftechnik und einem Sumo Ecoplex 2 Palettiersystem sämtliche Anforderungen erfüllt.

Die komplette Linie ist übersichtlich in vier Module gegliedert. Im Modul 2 erfolgt die Bereitstellung der Steckerpins. Modul 2 umfasst komplexe Handhabungsprozesse mit dem Motoman GP 50. Modul 3 betrifft das Umspritzen mit Flüssigsilikon. Und Modul 4 umfasst alle Prüfprozesse. Um die Taktzeitvorgaben von unter 10 s pro Stecker sowie eine hohe Verfügbarkeit zu garantieren, kommen nur sehr hochwertige Komponenten zum Einsatz. Ebenso ist auf eine gute Zugänglichkeit aller Anlagenteile geachtet.

Schrägstellung des Roboters reduziert Taktzeit auf ein Minimum

Zwei Stanz-Biege-Einheiten sorgen im Modul 1 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 Pfalzgraf.

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 Sechsachser die vier Aufnahmen komplett bestückt und die Werkstückträger erreichen ihre Entladeposition, an der sie der Motoman GP50 von Modul 2 in Empfang nimmt.

Herzstück von Modul 2 ist eine 2K-Spritzgießmaschine von Arburg. Im ersten Schuss erfolgt mit dem oberen Werkzeug der Spritzgießmaschine eine Formumspritzung, die die Kontakte exakt in der gewünschten Lage fixiert. Die entstandenen Kontaktträger werden dann im zweiten Schuss mit dem unteren Spritzgießwerkzeug zu einem Anschlussstecker umspritzt.

Sehr komplexes Aufgabenspektrum für den Sechsachs-Roboter

Sämtliche Be- und Entladeprozesse an der 2K-Spritzgießmaschine von Arburg fallen in den Aufgabenbereich des Sechsachsers Motoman GP 50, an dem ein 36 kg schweres Dreifach-Greifsystem montiert ist. Foto: EGS

Sämtliche Be- und Entladeprozesse dieser Spritzgießmaschine fallen in den Aufgabenbereich eines Sechsachsers Motoman GP 50 von Yaskawa, an dem ein 36 kg schweres Dreifach-Greifsystem montiert ist. Der Roboter ist mit 2.061 mm Reichweite und einer Traglast von 50 kg perfekt für diese Aufgabe geeignet. Das Aufgabenspektrum des Sechsachsers ist sehr komplex: Zunächst muss er die Spritzgießmaschine 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 4x4 Stanzbiegekontakte aus dem WT von Modul 1 bestücken.

„Um die geforderte Präzision beim Greifen erreichen zu können, dockt der Roboter vor dem eigentlichen Handhaben über einen Zentriergreifer an den Werkzeugen an. Um dennoch die Werkzeugoffenzeit möglichst kurz zu halten, reizen wir die Dynamik des GP 50 komplett aus“, verrät 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 2 zu Modul 3.

LSR-Umspritzung ebenfalls mit Roboter-Einsatz

Der wesentliche Prozessschritt im Modul 3 besteht aus einer LSR-Umspritzung der Stecker auf einer zweiten Spritzgießmaschine von Arburg. 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 3 kommt ebenfalls ein Motoman GP 50 zum Einsatz, dessen Arbeitsinhalt aber nicht ganz so komplex ist wie der seines Kollegen in Modul 2. Der Roboter entnimmt die 2 x 4 Stecker aus dem Werkzeug 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 GP 50 ein 2-fach-Shuttle, das dann insgesamt 16 Teile zum letzten Modul bringt.

Marathon mit insgesamt vier Prüfschritten

Blick von oben auf das Modul 4 mit den beiden Robotern Motoman SG 650 und Motoman GP7. Foto: EGS

An Modul 4 kommt ein weiterer Motoman GP7 zum Einsatz, dessen Aufgabe darin besteht, die Fertigteile aufzunehmen und an einen Rundschalttisch zu übergeben. „Auf diesem Rundschaltisch befinden sich diverse Prüfstationen sowie eine Montagestation, die mit einem Scara-Roboter des Typs Motoman SG 650 ausgestattet ist. Hier ist es uns gelungen, auf äußerst kompakten Raum wirklich viele Prozesse zu integrieren“, freut sich Gradenegger.

Tatsächlich dreht sich in diesem Modul alles um die Qualitätssicherung. Zu beginnt 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 (DMC) versehen wird, der eine hundertprozentige Rückverfolgbarkeit sicherstellt. Anschließend wird auch der DMC geprüft.

Komplette Anlage mit Yaskawa-Robotern ausgerüstet

Der Motoman GP7 ist der taktzeitkritische Roboter, denn er bestückt nicht nur den Rundschalttisch, sondern legt die Fertigteile abschließend in einem Sumo Ecoplex 2 Palettiersystemen in Trays ab. Foto: EGS

Hat das Bauteil den kompletten Prüfungsmarathon als Gutteil bestanden, erfolgt abschließend die kraftmomentengeregelte Montage einer Schutzkappe, die der Scara-Roboter SG 650 übernimmt. „Dass Yaskawa seit geraumer Zeit nun auch Vierachs-Roboter anbietet, hat sich hier als großer Vorteil erwiesen. So konnten wir die komplette Anlage mit Robotern eines Herstellers ausrüsten und steuerungsseitig in der Yaskawa-Welt bleiben“, so Gradenegger.

Während der Scara-Roboter nicht bis an seine Grenzen gefordert ist, sieht die Sache beim Motoman GP7 anders aus: „Der Sechsachser ist der taktzeitkritische Roboter, denn er bestückt nicht nur den Rundschalttisch, sondern legt die Fertigteile abschließend in einem Sumo Ecoplex 2, 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“, erläutert Pfalzgraf.

Ralf Högel, freier Fachjournalist, im Auftrag von EGS