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Aufgabe:

Der Verarbeiter möchte bisherige Beladungen durch einen Mitarbeiter, mit einer Anlage aus einer Hand ersetzen.

Lösung:

Die VL Robotix GmbH liefert eine automatisierte Gesamtlösung inklusive FANUC Robotern und der Spritzgussmaschine ROBOSHOT, die unterschiedliche Teile detektiert, greift und einlegt.

Ergebnis:

Die komplette Zuführtechnik mit Kamerasystem wird vom FANUC Roboter gesteuert. Die Kommunikation zwischen Roboter und Spritzgussmaschine erfolgt über eine FANUC eigene digitale Schnittstelle. Durch diese Integration kann die Anlage von der Spritzgussmaschine aus gestartet, gestoppt und entstört werden. Somit können auch angelernte Bediener ohne Programmierkenntnisse die Produktion aufrechterhalten. Die besonders bedienungsfreundliche Oberfläche der Zellensteuerung ist das Know-how von Karl Vlahek. Die Zelle kann flexibel erweitert werden und das Ziel des Verarbeiters, die Energiekosten deutlich zu reduzieren, wird damit erreicht.

Zu Beginn hat sich der Kunststoff-Verarbeiter ausführlich mit der Frage beschäftigt, ob die nächste Spritzgussmaschine einen hydraulischen oder elektrischen Antrieb haben sollte. Gleiches Werkzeug, gleicher Werkstoff, gleicher Zyklus – die Ausgangsbedingungen beim Vergleichstest entsprechender Maschinen waren gleich.

Die strukturierte Herangehensweise bei der Maschinenauswahl brachte ein eindeutiges Ergebnis: Die FANUC ROBOSHOT verbrauchte nur noch ein Drittel der Energie im Vergleich zu den untersuchten und bis dahin eingesetzten hydraulischen Maschinen. Die Erkenntnis: „Die Einsparung macht die Mehrkosten schnell wett, vor allem bei hohen Auslastungen im Dauerbetrieb.“Energiewerte auf einen Blick bietet der in der ROBOSHOT integrierte Energiemonitor – es müssen keine externen Messgeräte angeschlossen werden. „Erstbemusterungen liefern nun auch gleich präzise Daten bezüglich Energieaufwand mit“.

Der ausschlaggebende Punkt für die Beschaffung der FANUC Maschinen kam durch die Überlegung des Verarbeiters „Wie können wir uns weiterentwickeln?“ zustande. Teile manuell einzulegen war schon Stand der Technik, aber mit steigenden Stückzahlen stellt sich dann doch die Frage: Kann man das automatisieren?

Die Antwort ist einfach: Man kann. Stückzahlen jenseits der 200.000 rechtfertigen eine Automation. In der neuen Zelle wurde zunächst mit einem Produkt gestartet. Weniger als ein Jahr nach dem Start, ist die Maschine ausgelastet und läuft im Mehrschichtbetrieb. Vorteil des Einstiegs mit einem Artikel: Man kann schon einmal Erfahrungen sammeln und potenziellen Kunden Referenzen und Muster zeigen. Es dauerte also nicht lange, bis die ersten Folgeaufträge akquiriert waren. Auf der von VL Robotix GmbH realisierten Zelle laufen insgesamt fünf unterschiedliche Artikel. Karl Vlahek, Geschäftsführer VL Robotix GmbH: „Mit einem Artikel hätte der Kunde die Maschine bzw. die Zelle nicht ausgelastet.“

Für den Verarbeiter ist die Robotertechnik ebenso wie der gesamte Maschinenpark in erster Linie Mittel zum Zweck. Die Technologie ist aber immer auch Teil des Firmenimages: „Wenn Kunden oder potenzielle Kunden zu uns kommen, sehen sie leistungsfähige Anlagen. Deswegen wollen wir unser Fertigungsportfolio auch immer herzeigen“, heißt es aus der Chefetage des Verarbeiters. Nun gehört also auch die Roboterzelle dazu.

In der Zelle positioniert ein 6-Achs-Roboter von FANUC die jeweiligen Einlegeteile punktgenau im Spritzwerkzeug. Beispielsweise werden kleine Kugellager und Hülsen umspritzt; die fertigen Bauteile werden in einer Bohrmaschine von Festool eingesetzt. Ein weiteres Beispiel sind Kunststoff-Knebel mit integrierter Metallschraube, welche in Stihl Geräten verbaut werden. 

Zunächst wird das Zuführsystem, ein Vibrationsförderer, mit ausreichend vielen Buchsen, Stiften, Schrauben oder Kugellagern gefüllt. Bei Prozessstart werden die Teile mit dem Rüttler vereinzelt und die einzelnen Teile von einem 2D-Visionsystem detektiert. Die Lageinformationen werden an den Roboter weitergegeben, der die Teile mit seinem Greifer aufnimmt und sie in das Spritzwerkzeug einlegt. Während des Spritzvorganges puffert der Roboter weitere Teile in einer Pufferstation, von wo er sie für jeden neuen Spritzzyklus aufnehmen kann. Die fertigen Teile werden auf einem Förderband abgelegt oder kommen als Schüttgut in einen Behälter.

Kombiniert wurden in der Zelle die vollelektrische Spritzgussmaschine ROBOSHOT α-S50iA und ein LR Mate 200iD/7L Roboter, also die Langarmversion mit 7 kg Traglast und einer Reichweite von 911 mm. Die komplette Zuführtechnik mit Kamerasystem wird vom FANUC Roboter gesteuert. Die Kommunikation zwischen Roboter und Spritzgussmaschine erfolgt über eine FANUC eigene digitale Schnittstelle, welche gegenüber der üblichen Euromap 67 Schnittstelle mehrere Funktionen abbildet. Durch diese Integration kann die Anlage von der Spritzgussmaschine aus gestartet, gestoppt und entstört werden. Somit können auch angelernte Bediener ohne Programmierkenntnisse die Produktion aufrechterhalten. 
Die besonders bedienungsfreundliche Oberfläche der Zellensteuerung ist das Know-how von Karl Vlahek.

Pfiffiges Detail der VL Robotix-Lösung: Auf einer freien Seite der Bedieneinheit lassen sich Parameter, die häufig gebraucht und geändert werden müssen, konzentriert zusammenstellen.

Diese Zelle kann modular erweitert werden. So ließe sich beispielsweise auch eine automatisierte Stichprobennahme realisieren. SPC-Teile werden manuell aus einer Schublade entnommen. Vlahek: „Dieser Schritt lässt sich mit einfachen Mitteln automatisieren. Er muss aber auch wirtschaftlich darstellbar sein. Die Zelle insgesamt ist vor allem aufgrund der unterschiedlichen Teile, die produziert werden, ganz sicher eine Vorzeigeanlage.“
Um die Qualität produzierter Teile zu gewährleisten, werden in erster Linie Maschinendaten genutzt. Da die ROBOSHOT ohnehin Parameter wie Temperaturen, Drücke oder Geschwindigkeiten protokolliert, lassen sich diese Werte direkt für die Prozessüberwachung verwenden. Fehlerhafte reine Kunststoffteile landen im recycelbaren Abfall, während fertig umspritzte, aber fehlerhafte Teile im Restmüll landen. Durch den Automatismus ist ausgeschlossen, dass Metallteile in Kunststoffmühlen gelangen. 

Künstliche Intelligenz eingesetzt

Die Expertise von FANUC im Bereich CNC Steuerungstechnik zeigt sich auch bei den Zusatzfunktionen der ROBOSHOT Spritzgussmaschine. Die künstliche Intelligenz („AI“ Artificial Intelligence) unterstützt den Anwender durch einfachstes Setup komplexer Regelfunktionen. Daniel Armbruster, ROBOSHOT Vertriebsexperte bei FANUC Deutschland: „Die Funktion ‚AI Präzises Dosieren‘ kompensiert wechselndes Schließverhalten sowie schleichenden Verschleißgrad der mechanischen Rückstromsperre, indem die Maschine den Rückfluss misst, das Dosiervolumen mit dem Sollwert vergleicht und den Umschaltpunkt für jeden einzelnen Schuss anpasst. Somit ist sichergestellt, dass die Kavitäten immer gleichmäßig gefüllt werden.“

Der Vorteil für den Verarbeiter liegt auf der Hand: Höhere Teilegewichtskonstanz und stabilere Prozesse. Dabei sind keine Profi-Kenntnisse notwendig. Die Funktion wird optional aktiviert, alles Weitere übernimmt die KI.

Eine weitere Funktion der ROBOSHOT ist der AI Formschutz. Daniel Armbruster erläutert, was es damit auf sich hat: „Unser Formschutz misst die Antriebskraft der Schließeinheit und stoppt die Formbewegung im Falle einer Kollision oder Toleranzabweichung um Schäden zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Gleichzeitig warnt diese Überwachung frühzeitig vor Verschleiß an Form- und Auswerferstiften.“ Das senkt Wartungskosten oder verhindert Kostenaufwand von Formreparaturen. So funktioniert es: In den ersten fünf Zyklen wird die notwendige Kraft des Werkzeug-Schließens gemessen und als Referenzkurve gespeichert. Auftretende Abweichungen dazu führen zum Zyklusalarm. Die Sensibilität kann vom Bediener beliebig festgelegt werden. Der Clou: Auch die Auswerfer-Bewegung wird damit überwacht. Schwergängige Auswerfer-Pakete oder gelockerte Auswerfer-Stangen werden erkannt, bevor ein Schaden entsteht. Stillstandszeiten können damit verringert werden.

Regionale Nähe

Für die Umsetzung des Projektes hatte FANUC mögliche Systempartner vorgeschlagen, der Verarbeiter hat sich letztlich für die VL Robotix GmbH entschieden – ausschlaggebend waren die Referenzen des Integrators, der bereits mehrere Spritzgussmaschinen automatisiert hat. Auch die räumliche Nähe war Voraussetzung - das klingt trivial, ist aber bei der Umsetzung eines Projektes wie der ROBOSHOT Zelle „unwahrscheinlich hilfreich“. Sowohl für die Beschaffung als auch für die Inbetriebnahme und vor allem für den Betriebsalltag sei es hilfreich gewesen, dass die Schnittstellenproblematik eben keine gewesen sei. Vlahek: „Da alle zentralen Komponenten von FANUC kommen und wir eine solche Zelle aus einer Hand liefern, sind alle Maschinen und Baugruppen aufeinander abgestimmt.“ 

Das entlastet im Betriebsalltag, denn die zu produzierenden Teile sind technisch durchaus anspruchsvoll und erfordern Produktionsequipment auf dem neuesten Stand. Die ROBOSHOT von FANUC passt gut zum Ziel des Verarbeiters, die Energiekosten deutlich zu reduzieren. Seit Einführung des Energiemanagements wurde die Transparenz in dem entscheidenden Kostenfaktor „Energieverbrauch“ deutlich verbessert. Auf Basis konkreter Zahlen konnten relevante Prozesse optimiert werden. Die ROBOSHOT hat maßgeblich dazu beigetragen.