Swiss plastics specialist Wild & Küpfer AG assembles motor PCBs using a flexible robot cell

Task: To build a new assembly line for motor PCBs. This would involve robots handling trays, positioning and orientating parts as well as inspecting the final assembly.

Solution: The solution provided by Switzerland-based Robotec Solutions involved three long-arm LR Mate 200iD handling robots with a 7 kg payload. FANUC iRVision enables the first robot to remove the motor carriers from boxes and place them in a workpiece holder. A second iRVision-equipped LR Mate then places the motor PCBs in the carriers. After hot riveting, a third robot validates and places the finished assembly into a transport unit.  

Result: The solution shows how basic standards can be combined into a flexible cell. Reducing cycle times, quality and completeness checks are carried out as part of the process. For maximum flexibility, the setup can also be changed in a just few minutes.

Mechanik unterstützt Vision

Prozesssichere Automation ist für Lohnfertiger unabdingbar

Anspruchsvolle Kunststoffteile herzustellen, ist bei Wild & Küpfer AG eng mit der Automation verbunden. Zur Wertschöpfung tragen auch sechsachsige Fanuc-Roboter bei – nicht zuletzt wegen ihrer Zu-verlässigkeit und ihres „guten Preis-Leistungs-Verhältnisses“, wie es heißt.

Was im Jahre 1975 in einem Schweinestall im Glarnerlang durch Firmengründer Tobias Wild klein begann, hat sich zu einem europaweit begehrten Technologie-Unternehmen entwickelt. Die Wild&Küpfer AG präsentiert sich heute als modernes und sehr innovatives Unter-nehmen. Selten habe ich bei einer Reportage so saubere und gut orga-nisierte Werkhallen gesehen wie bei W&K.

Wild & Küpfer AG ist Hersteller von technisch hochwertigen Kunststoffteilen und zählt heute 140 Mitarbeiter. Der überwiegende Teil der 23.000 m² Produktionsfläche entfällt auf die Technical Division. Et-was kleiner, aber fein ist der zweite Geschäftsbereich, die Medical Division. In diesem Bereich wird aktuell noch unter „Cleanroom Class 8“-Bedingungen gearbeitet. Schon in naher Zukunft wird die Taxierung auf „Class 7“ erhöht. Daniel Hartmann, Projektleiter und Leiter Automation bei Wild & Küpfer AG: „Diesen Bereich werden wir nach und nach ausbauen. Und unsere Chancen stehen gut, dass wir in den kommenden Jahren diverse Automationsprojekte umsetzen können und der Weg in Richtung Industrie 4.0 weiter umgesetzt werden kann.“ Die Kunststoffverarbeitung auf einem solch hohen Niveau ba-siert auf durchdachten Prozessen von der Entwicklung über die Kon-struktion und Produktion bis zur Montage und schließt eine systematische, prozessorientierte Qualitätssicherung ein. Jüngste Innovation: ein Computertomograph, welcher bei Wild&Küpfer AG zur Vermes-sung von Spritzteilen und Baugruppen angeschafft wurde. Dieser dient der Vermessung und Defektanalyse von Baugruppen. Hartmann: „So lassen sich auch Details, die bisher nicht mess- und einsehbar waren, visualisieren.“ Ebenso setzt der Werkzeugbau, ein starkes Standbein des Unternehmens, auf leistungsfähige Technik. Ein Bei-spiel dafür ist der Einsatz von Laser Cusing. Da bei diesem Verfahren metallisches Pulver schichtweise aufgebaut wird, lassen sich Kühlkanäle in Werkzeugen fertigen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht hergestellt werden können.

Als Hartmann 2004 zum Unternehmen nach Schmerikon kam, steckte die Roboterautomation noch in den Anfängen. Und obwohl die Stückzahlen bei den ersten Projekten nur knapp an der Kalkulationsgrenze waren, sahen die Eigner Wild und Küpfer darin einen wertvollen An-satz: „Kunden haben den Qualitätsgewinn durch Automation honoriert.“ Über einen „Zweit-Job“ eines Roboters müsse man eigentlich nicht nachdenken bei den besichtigten Anlagen. Als die Produktion und Montage eines ersten Produktes automatisiert wurde, war es schon acht Jahre auf dem Markt. Der aktuelle Stand: weitere zehn Jahre Produktionszeit sind vom Kunden anvisiert. Dabei unterliegt selbst eine solche Zelle Veränderungen. Bei steigenden Stückzahlen wurden zusätzliche Roboter integriert. Heute gehören Roboter zum selbstverständlichen Erscheinungsbild in den hellen Hallen.

Dabei spielt die möglichst einheitliche Verwendung von Komponen-ten wie Robotern eine wichtige Rolle, wie Daniel Hartman bestätigt: „Die Standardisierung hilft beim Betriebsmittelunterhalt, die Kosten für Ersatzteile niedrig zu halten. Außerdem lässt sich so eine hohe Verfügbarkeit aufrechterhalten, weil wir Anlagenelemente oder Bau-gruppen bei Bedarf tauschen können.“ Und noch ein dritter Grund ist ihm wichtig: „Nach meiner Auffassung fördert die Standardisierung die Konzentration auf einige Produkte/Anlagen und generiert somit die Partnerschaft zu den Lieferanten.“ Trotzdem müssen sich Liefe-ranten dem Wettbewerb stellen. Denn zu den Grundsätzen gehört es auch, jeweils zwei Einkaufs- oder Bezugsquellen aktiv zu halten, um einen marktorientierten Wettbewerb zu haben, trotzdem aber partnerschaftlich aggieren zu können.

Frischer Wind durch Automation

Für die Montage von Motorprintträgern hat Wild& Küpfer AG eine neue Montageanlage in Betrieb genommen. Die zu montierende Bau-gruppe ist Teil eines Antriebes für Lüftungssysteme in der Haustechnik wobei es mehrere Varianten gibt, die sich durch technische Daten, aber auch äußere Abmessungen unterscheiden. Wie einige Montage-anlagen zuvor, wurde auch diese von Robotec Solutions, Seon, reali-siert.

„Vom Ablauf her gibt es komplexere Zellen“, sagt Daniel Hartmann. Es lässt sich an der Robotec-Zelle jedoch zeigen, wie sich einfache Standards zu einer flexiblen Zelle kombinieren lassen. Das Level der Komplexität in der Zelle ist nicht sehr hohe, da „nur“ zwei Elemente miteinander verheiratet werden. Spritzteile werden in Kartons angelie-fert. Zulieferelemente werden auf Trays präsentiert und auf einem Rundschalttisch mit mehreren Stationen erfolgt die Montage.
Auf manche Details werden Praktiker jedoch schnell ihr Interesse lenken. So entnimmt der erste Roboter die Trägerelemente aus einem Karton, in dem sie lagenweise angeliefert werden. Das integrierte Fanuc-iRVision-System hilft ihm, Lage und Position zu erkennen. Damit der Träger allerdings exakt in einen Werkstückträger auf dem Rundschalttisch platziert werden kann, wird eine mechanische Zentrierhilfe eingesetzt. Ein dort abgelegter Motorprintträger rutscht geführt in eine definierte Position, von der es der Roboter wieder auf-greift. Einfach, aber wirkungsvoll. Ein zweiter LR Mate mit Vision setzt die in Trays bereitgestellten Motoren auf die Trägerelemente. Beide Bauteile werden miteinander „heiß vernietet“ und in einer wei-teren Station des Rundschalttisches optisch und taktil überprüft. Nach dieser Kontrolle zur Überprüfung der korrekten Motorversion und Einbautiefe kann der dritte Roboter die Baugruppe in einer Transport-einheit ablegen. Bei allen drei Robotern handelt es sich um LR Mate 200iD in der Langarmversion mit 7 kg Traglast. Die sechsachsigen Roboter haben in dieser Version eine Reichweite von 911 mm. Die drei Bedienpanel befinden sich an der Frontseite der Zelle. Bedient wird die Anlage zentral über den GE-Touchscreen, einer übergeordneten Zellensteuerung.

Sensorik zur Qualitätskontrolle

Qualität und Vollständigkeit der Montage werden gleich in der Robotec-Zelle geprüft. Für die Prüfung gilt dabei: möglichst einfach, möglichst sicher. Je nach Aufgabe kommt ein iRVision, ein optischer Keyence-Sensor oder ein einfacher Taster zum Einsatz.

Derzeit laufen drei unterschiedliche Baugruppenvarianten über die Anlage. Ein Wechsel geht fix, wie Daniel Hartmann bestätigt: „Das Programm lässt sich in wenigen Minuten umstellen. Die Werkstück-träger wurden ebenfalls mit einem Schnellwechselsystem versehen, so dass die Umstellung auf einen anderen Typen effizient durchgeführt werden kann.“ Die Programme können jederzeit erweitert werden, falls noch ein weiterer Typ dazukommen sollte. Hilfreiches Detail: Alle Werkstückträger sind platzsparend und vor allem griffbereit unter dem Rundtisch untergebracht. Damit sie nicht verwechselt werden, sind sie farblich unterschiedlich eloxiert. Auf Nummer Sicher geht man bei einer Formatänderung. Auf den „Operationsplänen“, den Begleitpapieren eines Auftrages, ist ein Barcode aufgedruckt. Alle erfor-derlichen Informationen sind auf diesem hinterlegt. Wenn die Anlage leergefahren ist, kann der neue Auftrag gestartet werden.

Mit Robotec Solutions arbeitet Wild & Küpfer AG schon über Jahre zusammen. Daniel Hartmann: „Der gegenseitige Umgang ist sehr partnerschaftlich. So wie wir es mit unseren Kunden auch pflegen. Wir haben in Schmerikon über die Jahre viel Know-how in der Auto-matisierung gesammelt. Schlüsselelemente von Anlagen werden z.T. bei uns intern gezeichnet und gefertigt“, sagt Hartmann. Er betont aber auch, dass zu den Kernkompetenzen der Werkzeugbau, die Spritz-gusstechnik und die Montage von Highend-Produkten gehört – und eben nicht der Bau von Montageanlagen. Mit Blick auf die Generation kollaborierender Roboter hat der Projektleiter klare Vorstellungen. Bei kleineren Stückzahlen sind innovative Zellen mit Schnellwechselsystemen immer mehr im Fokus. In solchen Lösungen sollen Roboter repetitive Aufgaben übernehmen und Prozessfunktionalitäten erledi-gen. Ergänzend dazu soll das Bedienpersonal für Flexibilität sorgen. Hartmann: „Zudem wird die Vernetzung von Robotern, Zellen und Leitsystemen in Bezug auf Industrie 4.0 immer mehr zum Thema.“ Den Anfang sieht er bei den Steuerungen der Fanuc-Roboter bereits gemacht: „Jetzt können wir über einen Webbrowser auf die Maschine zugreifen. Das ist eine positive Entwicklung und ein Schritt in Richtung vernetzter Fertigung“



Laser Cusing
Laser Cusing basiert auf der Verschmelzung einkomponentiger, me-tallischer Pulverwerkstoffe mittels Laser. Dieses Verfahren ermöglicht es, aus metallischen Werkstoffen Werkzeugelemente schichtweise aufzubauen. Die typische Schichtdicke liegt zwischen 20 und 50 µm. Eine ausgeklügelte Belichtungsstrategie ermöglicht das verzugsfreie Generieren auch von größeren Werkzeugkernen. Ein Vorteil dieser Technik liegt darin, dass gerade bei komplizierten Formen im 3D-Bereich Kühlkanäle gezielt angeordnet werden können. Das Werk-zeug lässt sich optimal kühlen. Es werden verzugsärmere Teile mit kürzeren Zykluszeiten erreicht.

Verwendete FANUC-Produkte