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Für die vollautomatisierte Herstellung des Nussknackers nutzt M.A.i. ein robotergestütztes Hot-Handling-Verfahren. Bild: M.A.i; Yaskawa
Robotik

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(K)eine harte Nuss

Text: Hermann Fischer, M.A.i und Thorsten Schmitt, Yaskawa
Herbstzeit ist Nusszeit. Um die harten Früchte zu knacken ist Werkzeug notwendig. Für die Nussknacker-Fertigung setzt M.A.i einen 6-Arm-Roboter ein, der manuelle Arbeitsschritte übernimmt und mit heißen Produktionsteilen umgehen kann. Bei der Herstellung lässt sich durch das Hot-Handling-Verfahren viel Zeit sparen.

35 Prozent leichter als sein Vorgänger, wesentlich stabiler und dekorativer – die Rede ist von einem Nussknacker. Was auf den ersten Blick unspektakulär klingen mag, ist eine echte Weltneuheit. Denn die Technik bei der Herstellung des Haushaltshelfers ist ein Highlight.

In Zusammenarbeit mit seinen Partnern Sumitomo Demag, HBW-Gubesch, Kurz und Yaskawa realisierte der Sondermaschinenbauer M.A.i bei der Herstellung des Nussknackers eine komplexe Automationslösung für das Insert Molding und das Hinterspritzen von UD-Tapes – und demonstrierte so die Integration von Leichtbau, Dekoration und Montagetechnik, wie sie bei Sichtteilen in Fahrzeugen erforderlich ist. Zur Verbesserung der Stabilität verstärkt ein dreilagiges UD-Tape den Nussknacker. Im Gegensatz zu Organoblechen, die meistens aus Fasermatten mit 90°-Anordnung bestehen, verfügen die Tapes über unidirektional (UD) ausgerichtete Endlosglasfasern und bieten in Faserrichtung eine stark erhöhte Zugfestigkeit. Durch die gezielte Platzierung können Bauteile beanspruchungsgerecht verstärkt werden. Die Rippenstruktur besteht aus dem Kunststoff PP-GF30. Die Wanddicke wurde von 4 auf 3 mm reduziert. Die Verzahnung wird als Wellenkontur in die Hinterspritzung integriert. Dadurch ließ sich das Gewicht signifikant reduzieren.

Roboterbasiertes Hot-Handling

Die Fertigungszelle zur Produktion des Nussknackers ist direkt an eine Spritzgießmaschine Demag Systec Servo 210 von Sumitomo angeschlossen. Weitere Komponenten sind: ein 6-achsiger Handlingroboter Motoman MH12 von Yaskawa mit Mehrfach-Greifersystem, das von M.A.i entwickelte Hot-Handling für die UD-Tapes sowie Entnahmestationen für die Dekorfolien und die Metalleinleger. Hot-Handling beschreibt ein beheiztes Greifersystem, das zur Kontrolle und zur Regelung des Aufwärmprozesses der UD-Tapes bis zum direkten Einlegen ins Werkzeug dient. Die Vorteile des Hot-Handling-Verfahrens sind verkürzte Prozesszeiten und schonendere und gezieltere Temperaturführung. Zusätzlich ist eine Heiz- und Entnahmestation für die UD-Tapes, eine Schneidstation zur Angussabtrennung und eine Montage-und Nietstation zur Verbindung der beiden Hälften des Nussknackers integriert.

Im Herstellungsprozess nimmt der Roboter mithilfe des Hot-Handling-Verfahrens das Folieninsert, die Einlegeteile und das UD-Tape auf und fährt direkt in das geöffnete Werkzeug der Spritzgießmaschine ein. Dort wird das fertige Bauteil aus der Kavität entnommen. Der Roboter positioniert dann nacheinander das Folieninsert, den UD-Zuschnitt und die Metall-Einleger. Wo früher einzelne Produktionsschritte von Hand und eventuell nachträgliche Montagearbeiten notwendig gewesen wären, kann M.A.i damit erstmals eine vollautomatisierte Lösung bieten.

Gute Performance

Der in der Fertigungszelle eingesetzte 6-Arm-Roboter ist schnell und auf eine Tragkraft von bis zu 12 kg ausgelegt. Um die Medienführung zum Greifer zu verbessern, hat der MH12 ein hohles Handgelenk mit 50 mm Durchmesser. Damit sinkt die mechanische Belastung der Kabel deutlich. Eventuelle Verbindungsstörungen werden eliminiert und die Programmierung und Wartung des Roboters so vereinfacht.

Das schlanke, stromlinienförmige Design des Knickarmroboters verringert nicht nur Störkonturen zwischen Maschine und Werkstück. Es ist auch konsequent platzsparend und erlaubt so das Handling in engen Räumen sowie eine hohe Roboterdichte. Anwenderfreundlich ist auch die eingesetzte Steuerung DX200. Der Controller der neuesten Generation bietet im Vergleich zur Vorgängergeneration zusätzliche Safety-Features und über 120 anwendungsspezifische Funktionen. Mit dem Produktionseffizienzbaustein activeRemote wurde die gesamte Roboter- und Peripherietechnik in die Steuerung der Spritzgießmaschine integriert. Dadurch konnte die gesamte Fertigungszelle über eine Bedienoberfläche gesteuert werden.

Damit lassen sich die Produktions- und Prozessdaten auch bei komplexesten Automationsanwendungen erfassen, verarbeiten und visualisieren. Darüber hinaus ist auch die Steuerung der Partnersysteme über die Bedienoberfläche der Spritzgießmaschine möglich. Bevor unnötiger Ausschuss entsteht, werden Störungen im Produktionsablauf sichtbar und lassen sich rechtzeitig beheben. Das spart im Ernstfall Zeit und Geld.

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