Hochautomatisiertes Spritzgießen mit beeindruckender Komplexität

Das Unternehmen zählt rund 555 Beschäftigte, darunter 215 Roboter, betreibt 114 Spritzgießmaschinen und produziert damit über 1,3 Milliarden Teile jährlich. Chef des Ganzen ist Martin Weißer, der das Unternehmen in dritter Generation leitet und sich für die Zukunft viel vorgenommen hat: „Wir wollen gemeinsam mit unseren Kunden wegweisende Fertigungslösungen mit hoher Funktionsintegration entwickeln und gemäß unserem Motto `Exzellenz in Kunststoff` Maßstäbe setzen. In welche Richtung wir dabei denken, zeigt die neue Fertigungslinie für die Sichtradome sehr anschaulich.“

Bild: Während ein Yaskawa GP25 die Zwischenablage vor der Spritzgießmaschine bestückt, übernimmt der größere GP50 deren Be- und Entladung.

Zeitoptimierte Entwicklung im simultaneous engineering

Bereits vor Erteilung des Serienauftrags waren die Techniker von W+G maßgeblich in den Entwicklungsprozess beim Automobilzulieferer Bosch eingebunden. Parallel dazu entstanden die ersten Stationen für die Automation der Spritzgießzelle beim Sonderanlagenbauer EGS Automation im nahegelegenen Donaueschingen. „Aufgrund des knappen Zeitbudgets mussten wir mit der Planung der Automation mitten in der Produktentwicklung starten, also ohne endgültige Daten. Dennoch ist es uns gelungen, eine Grobplanung aufzusetzen, indem wir bestimmte Anlagenteile und Prozesse sehr flexibel auslegten und auf einfaches Austauschen und Anpassen achteten“, so Hartmut Pfalzgraf, Projektleiter von EGS Automation.

Das Arbeiten im simultaneous engineering trug entscheidend dazu bei, dass die komplexe Fertigungslinie mit den zwei verketteten Spritzgießprozessen rechtzeitig in Betrieb gehen konnte. Und so sieht der Fertigungsprozess aus: Die Fertigung der Kunststoff-Grundkörper mit zwei Kontaktpins übernimmt die erste Spritzgießzelle, ausgestattet mit einer Stanzlinie, einem Scara-Roboter für die Vereinzelung und Platzierung der Kontakte, einem Yaskawa-Sechsachser für die Be- und Entladung der Arburg Spritzgießmaschine sowie einer Prüfstation. Hier durchlaufen die Grundkörper eine Hundertprozentkontrolle, ehe sie in Trays abgelegt und über einen Sumo Ecoplex-Traystapler von EGS Automation abgestapelt werden.

Bild: Hundertprozentige Transparenz - Ein großes Display visualisiert die Daten jedes Prozessschrittes der Fertigungslinie.

Eine Spritzgießzelle, die ihresgleichen sucht

Von hier aus geht es im Handbetrieb direkt zur Spritzgießzelle 2, an der der Bediener die mit Grundkörpern bestückten Trays wieder über ein zweites Ecoplex-Palettiersystem der Anlage zur Verfügung stellt. „Zusammen mit unserem bewährten Anlagenbauer EGS Automation ist es uns gelungen, einen komplexen Fertigungsprozess mit vielen vor- und nachgelagerten Arbeitsschritten auf engstem Raum zu automatisieren. Diese vollautomatische Spritzgießzelle demonstriert mit ihren insgesamt sechs Robotern, einer Wickelstation, fünf integrierten Prüfstationen, jeder Menge Sensorik und einer beeindruckenden Fertigungs-IT, was heute machbar ist“, betont Martin Weißer.

Wie hoch die Funktionsintegration hier ist, klärt sich beim Blick auf die Prozesse: Zunächst muss der Grundkörper mit einem haarfeinen Kupferdraht, der der späteren Beheizung des Sichtradoms dient, umwickelt werden. Dafür zuständig ist eine spezielle Wickelanlage, die auch das Verschweißen der Drahtenden mit den Pins sowie eine elektrische Durchgangsprüfung erledigt. Die Automation dieser Zelle erledigt ein Scara-Roboter. Im nächsten Schritt steht das Umspritzen des mit Draht umwickelten Grundkörpers auf dem Programm. Diesen zweistufigen Prozess übernimmt eine vollelektrische Arburg 920-2K Spritzgießmaschine. Es folgen hochentwickelte Prüfprozesse, ehe die Sichtradome mit einem Data-Matrix-Code versehen werden.

Bild: Griff in die Spritzgießmaschine - der GP50 beim Be- und Entladen.

Zuverlässige Sechsachsroboter mit hoher Dynamik und Präzision

Die Anlage ist so komplex, dass sie nur wenige Mitarbeiter bis ins letzte Detail verstehen und beherrschen. Einer davon ist Emre Yeniay, Technical Engineer Manufacturing Equipment bei W+G: „Die komplette Verkettung aller Stationen der Anlage erfolgt vollautomatisch mit fünf Yaskawa Sechsachsrobotern, darunter zwei GP25 für Handhabungsaufgaben, ein großer GP50 für die Automatisierung der Spritzgießmaschine sowie zwei GP7, die die nachgelagerten Prüfprozesse bedienen. Um eine möglichst schonende Handhabung der Radome sicherzustellen, sind alle Roboter mit Vakuumgreifern ausgestattet. Die Yaskawa Roboter punkten mit Präzision, aber auch mit höchster Verfügbarkeit, was für unseren 24/7-Betrieb entscheidend ist.“

Was auffällt beim Blick auf die Anlage ist die große Übergabestation vor der Spritzgießmaschine, auf die sowohl einer der beiden GP25 als auch der große GP50 zugreifen. Der kleinere Sechsachser übernimmt die Bestückung mit den aus der Wickelanlage kommenden Grundkörpern, der größere GP50 holt sie dort paarweise ab und legt sie in die SGM ein. Die Übergabestation ist mit einer Kapazität von 24 Grundkörpern großzügig dimensioniert. Warum, erklärt Emre Yeniay: „Diese Station dient auch der Pufferung. Sollte es im vorgelagerten Prozess beim Drahtwickeln zu einer Störung kommen, kann die Spritzgießmaschine im Takt weiterproduzieren. Stichwort thermisches Gleichgewicht. Das verschafft unseren Technikern wertvolle Zeit, um die Störung zu beheben.“

Bild: Ein kompakter Yaskawa GP7 Sechsachsroboter bei der aufwändigen Radardämpfungsprüfung.

Hochentwickelte Prüfprozesse mit absoluter Transparenz

Nach dem Umspritzen entnimmt der GP50 die Teile aus der SGM und führt sogleich den ersten Prüfschritt aus. In einer Taumelkreisprüfung bewegt der Roboter die Teile unter ein Kamerasystem, das die exakte Ausrichtung der Kontaktpins checkt. Anschließend übergibt der GP50 die Teile an eine zweite Übergabestation. Hier beginnt die Reise der Sichtradome durch weitere Prüfstationen. Die Teilehandhabung dabei übernehmen zwei kompakte und zugleich präzise Yaskawa GP7. Zunächst erfolgt eine elektrische Widerstandsprüfung zur Abklärung der korrekten Funktion des Heizdrahtes sowie eine Ebenheitsprüfung im Toleranzbereich von nur zehn Mikrometern. Anschließend wird eine aufwendige Radardämpfungsprüfung durchgeführt.

Zu guter Letzt übergibt ein GP7 Sechsachser die Teile in eine Laserbeschriftungsstation, an der die geprüften Radome ihren individuellen Data-Matrix-Code erhalten, der dann im nächsten Schritt auch gleich noch auf Lesbarkeit überprüft wird. In diesem DMC-Code sind sämtliche Informationen hinsichtlich Fertigung- und QS-Parameter abgelegt, so dass eine hundertprozentige Dokumentation und Rückverfolgbarkeit jedes Bauteils sichergestellt ist.  Im letzten Schritt legt der GP7 die Sichtradome in die Kunden-KLT ein, die dann nach vollständiger Bestückung von einem GP25 über ein weiteres Ecoplex-Palettiersystem abgestapelt und manuell aus der Anlage abtransportiert werden.

Bild: An der Laserbeschriftungsstation erhalten die geprüften Radome ihren individuellen Data-Matrix-Code.

KI soll Fehlerquote weiter minimieren

Bei den Herstellkosten des sicherheitsrelevanten Bauteils spielt die Ausschussquote eine entscheidende Rolle. Dazu Martin Weißer: „Wir müssen den Prozess bestmöglich beherrschen, um die Fehlerquote so gering wie möglich zu halten. Die Sichtradome sind relativ teure Bauteile und jedes Ausschussteil belastet unser Ergebnis. Deshalb ist jeder Fertigungs- und Prüfschritt sensorisch überwacht und die Daten werden an der Anlage über ein BDE-System am prominent platzierten Display visualisiert. Wir wissen über jeden Prozess in Echtzeit Bescheid, erkennen Trends und können sofort gegensteuern.“

Aber das ist dem nach Perfektion strebenden Unternehmenslenker nicht genug. Um die Prozesse weiter zu optimieren, beschäftigt Weißer + Grießhaber Fertigungs-IT-Spezialisten, deren Aufgabe es ist, weitere KI-Skills zu implementieren. Die Basis dafür steht in Form der vorhandenen Datenmengen aus jedem Prozess bereits zur Verfügung. „Wir wollen mit dem Einsatz generativer KI von einem noch reaktiven zu einem vorausschauenden Fertigungsmodell kommen, das sich aufgrund seiner Intelligenz auch gleich noch selbst optimieren kann. Dadurch werden wir in naher Zukunft die Fehlerquote noch weiter reduzieren“, betont Martin Weißer.

Bild: Letzter Handhabungsschritt: Ein Yaskawa Sechsachser GP25 übergibt die bestückten KLT an ein Ecoplex-Palettiersystem.

Vorausschauend Handeln, Visionen verfolgen, Technologien weiterentwickeln – das sind genau die Themen, die Martin Weißer umtreiben. „Wir müssen unsere technologische Vorreiterrolle ausbauen, nur so können wir den Produktionsstandort Deutschland sichern. Deshalb werden wir unser Unternehmen mittelfristig als Baugruppen- und Prozesslösungsanbieter mit eigener Entwicklungskompetenz positionieren und diesen Weg gemeinsam mit innovativen Partnern wie EGS Automation beschreiten. Die Fertigung der Sichtradome mit den zwei verketteten Spritzgießprozessen mit hoher Wertschöpfungstiefe, der Vielzahl an integrierten Prozessen und einer Hightech-Automation zeigt, wohin die Reise geht“, so Martin Weißer abschließend.

Bild: CEO Martin Weißer, W+G Automatisierungsexperte Emre Yeniay und Hartmut Pfalzgraf, Projektleiter EGS konnten die hochgesteckten Projektziele gemeinsam in die Praxis umsetzen.

Text: Ralf Högel 

Bilder: ©Yaskawa Europe GmbH