Best practice

Linearachsen automatisieren das Spritzgießen von Automotiv-Teilen

Die wirtschaftliche Herstellung von Spritzgießteilen für den Automotiv-Bereich verlangt einen kontinuierlichen Materialfluss von der takt- und lagegerechten Zufuhr der Einlegeteile über das Entformen der Fertigteile bis zur Gut-/Schlecht-Sortierung. Da bei der Realisierung die-ser teilebezogenen Konzepte auch die Kosten eine entscheidende Rolle spielen, liegt es nahe, für das Handling Standardkomponenten einzuplanen, ohne dabei Abstriche an die Flexibilität in Kauf nehmen zu müssen. Wie sich diese oft gegensätzlichen Anforderungen lösen lassen, beweist das Konzept "Spritzgießmaschinenhandling" von IEF Werner.

Ein Zulieferer für die Kfz-Industrie produziert einbaufertige Zahnräder und Gehäuse auf einer Zwei-Komponenten-Spritzgießmaschine Arburg 630 S. Für das takt- und lagegerechte Zuführen und Positionieren der Einlegeteile Achse und Ritzel sowie das Entnehmen und Ablegen der Fertigteile auf einem Transportband oder in Paletten konzipierte der Schwarzwälder Handhabungsspezialist IEF Werner eine vollautomatische, kompakte Handlingzelle mit Palettiersystem. Ohne Spritzgießmaschine wird nur eine Aufstellfläche von etwa 4.700 x 3.700 mm bei einer maximalen Höhe von 2.300 mm belegt und dank der IEF-Einheiten beträgt das Gesamtgewicht nur etwa 3.500 kg. Von den Vorteilen der bewährten Standardeinheiten und der langjährigen Engineeringerfahrung von IEF Werner profitierte der Anwender auch bei der Lieferzeit: Die Anlage wurde in weniger als sechs Monaten geplant und ausgeliefert.

Bild 1: Layout der Anlage "Spritzgießmaschinenhandling". a) Spritzgießmaschine, b) Fertigteilehandling, c) Palettierer, d) Rohteilehandling, e) Fördereinheiten, Zuführungen, Heizschienen.
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Automatischer Materialfluss von Ritzel und Achse

Die aus Stahl bestehenden Einlegeteile gelangen jeweils über teilespezifische Sortiertöpfe, Fördereinheiten und Zuführungen und nach der Erwärmung auf etwa 80°C lagegerecht in den Greifbereich des Rohteilehandlings. Dessen X-/Y-Achsen bestehen aus Modulen der Typen 80/15 mit Zahnriemenantrieb, während die Z-Achse mit einem mechanisch oder magnetisch betätigten Doppelgreifer von Einheiten mit Spindelantrieb der Serie ProfiLINE bewegt wird. Je nach dem zu spritzenden Fertigteil fasst der mechanische Greifer eine Achse oder der Magnetgreifer zwei Ritzel und übergibt sie einem pneumatisch betätigten Schwenktisch mit auswechselbaren Aufnahmenestern. Nach der Fixierung der Einlegeteile schwenkt der Tisch aus der waagrechten Grundposition um 90° in die Senkrechte und durchläuft eine Hubbewegung in Z-Richtung, so dass die Ritzel von der in X-Y-Richtung verfahrenden Greiferhand des Fertigteilhandlings übernommen werden können. Bei dem Einlegeteil Achse entfällt der Schwenkvorgang, da die senkrecht stehenden Teile von der Greiferhand nach einer Drehbewegung um 90° zu greifen sind. Pro Zyklus stellt der Schwenktisch vier Achsen oder drei mal zwei Ritzel für den Multifunktionsgreifer bereit.

Bild 2: Das Schüttgut Ritzel gelangt von einem Fördertopf lagegerecht über zwei Zuführschienen in den Greifbereich des Rohteilehandling. Dieses übergibt die Rohteile an den Schwenktisch.

Grundelemente des quer zur Spritzgießmaschine angeordneten Fertigteilehandling sind die IEF-Standardeinheiten Modul 80/15 und 160/15. Das kleinere Modul übernimmt die Führung und das größere trägt den pneumatisch betätigten Multifunktionsgreifer. Der von IEF entwickelte 6-fach-Greifer ist für das Einlegen der Achsen und Ritzel sowie das Entnehmen der Fertigteile Gehäuse und Zahnrad ausgelegt. Er verfährt bei einem Gesamtgewicht von 90 kg mit einer Geschwindigkeit von 1,3 m/s. Beim Einführen der Einlegeteile schwenkt der Greifer um 90°, fährt horizontal zur Maschine und führt die Teile von vorne in das Werkzeug ein. Nach dem Entformen übernimmt die andere Seite der Greiferhand die Fertigteile und trans-portiert sie zum Auslaufband. Fehlerhafte Teile werden nach einer optischen Kontrolle auf das NIO-Band abgelegt, Gutteile auf dem verschiebbaren Abfuhrband und im Takt der Greifereinheit aus der Anlage gefördert. Wahlweise können die Zahnräder auch direkt an das Palettiersystem übergeben und in den leeren Paletten abgelegt werden.

Bild 3: Schwenktisch mit Aufnahmen für sechs Ritzel. Nach dem Bestücken durch das Roh-teilehandling schwenkt der Tisch um 90° in die Senkrechte, so dass der von rechts kommende Multifunktionsgreifer die Einlegeteile fassen und zur Spritzgießmaschine transportieren kann. Die Fertigteile werden von dem Greifer auf dem Transportband abgelegt und aus der Anlage gefördert.

Kompakter Palettierer VarioStack

Bei der Planung des Materialflusses war zu berücksichtigen, dass nur die Zahnräder zu palettieren sind. Damit konzentrierten sich die automatischen Abläufe des Palettiersystems auf das Zuführen und Vereinzeln von leeren Paletten sowie das Beladen der leeren Paletten mit dem Fertigteil Zahnrad und das Ausschleusen der gefüllten Paletten. Der Palettierer Vario-Stack stapelt die 600 x 400 mm großen Paletten auf dem Auslaufband und schleust den Stapel bei Erreichen der Stapelhöhe von 620 mm zur Entnahme durch den Bediener aus. Eine Palette kann 39 Fertigteile bei einer Beladung in zwei Lagen aufnehmen. Dabei werden in der unteren Lage 4 x 6 = 24 Zahnräder, in der oberen 3 x 5 = 15 Zahnräder abgelegt. Das lagegerechte Einlegen der Paletten auf dem Einlaufband wird durch abgeschrägte Ecken erleichtert. Durch diese Codierung sind sie sehr leicht von den Paletten mit ausgeformten Ecken zu unterscheiden und die korrekte Ladeposition des leeren Stapels wird gewährleistet. Neben der kompakten Bauweise bietet der modular aufgebaute Standardpalettierer bei seinen vielseitigen Einsatzmöglichkeiten weitere Vorteile. Angepasst an die Aufgabenstellung, den Platzbedarf oder den Fertigungsfluss können die Palettenstapel manuell oder mit einem Wagen und je nach Ausführung von der Frontseite oder seitlich zugeführt werden. Sie werden dann im automatischen Ablauf vereinzelt, zur Be- und Entladung bereitgestellt und wieder abgestapelt. Die Palettenwechselzeit beträgt max. sechs Sekunden. Mit dem integrierten Produkthandling ist das Bestücken und Entladen der Paletten individuell der jeweiligen Applikation anpassbar. Beim Einsatz von kundeneigenen Robotern oder Handhabungsgeräten wird das Gerät als reiner Palettierer ohne Produkthandling geliefert.

Bild 4: Multifunktionsgreifer mit zwei Aufnahmen: sechs für die Ritzel und vier für die Achsen. Auf der Rückseite befinden sich die Vorrichtungen zur Aufnahme der Fertigteile Ge-häuse und Zahnrad.

Standard-Lineareinheiten verbessern Preis-Leistungs-Verhältnis

Bei den Greiferachsen kommen die Standardmodule der Größe 80/15 und 160/15 mit festem Grundkörper und beweglichem Schlitten zum Einsatz. Ihr tragendes Element, ein gezogenes Aluminiumprofil, schützt die innen liegenden Führungen und überzeugt durch eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit. Der Zahnriemenantrieb verfährt die Schlitten mit bis zu 5 m/s und positioniert sie mit einer Wiederholgenauigkeit von +/- 0,05 mm. Die Motoren lassen sich direkt oder über ein Riemengetriebe anbauen. Die als Z-Achse eingesetzten Linearschlittenführungen profiLINE vereinen die Vorteile und Eigenschaften von Linearachsen und Präzisionsschlitten bei größeren Hüben und höherer Belastung. Grundelement des aus fünf Baugrößen bestehenden Schlittensystems sind Aluminium- oder Stahlprofile mit Breiten von 50 bis 200 mm. Die lineare Ablaufgenauigkeit be-trägt 40 µm / 500 mm bei einer Wiederholgenauigkeit von +/- 20 µm. Die Schlitten gleiten auf Kugelumlaufführungen. Dank der Langzeitschmierung der Antriebs- und Führungselemente ist eine hohe Einsatzdauer gewährleistet und die geschlossene Bauweise sowie zusätzliche Dichtlippen erlauben auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen ein störungsfreies Arbeiten. Die Verstellbewegungen übernimmt eine Kugelrollspindel, die wahlweise mit Doppelmutter in spielfreier Ausführung zur Verfügung steht. Der Antriebsmotor kann sowohl in Verlängerung der Achse als auch über einen abgewinkelten Getriebeflansch mit der Spindel verbunden werden.

Automatisierungsvorgaben wirtschaftlich und zukunftssicher gelöst

Handlingzelle und Palletierer stellen bei den Produktionsprozessen Zahnrad und Gehäuse ihre Zuverlässigkeit seit mehreren Monaten unter Beweis. Trotz der zahlreichen mechanisch und pneumatisch betätigten Positionier-, Spann- und Bewegungsabläufe für die unterschiedlichen Einlege- und Fertigteile - weitere interessante Details dürfen aus Gründen des Kundenschutzes nicht erwähnt werden - lassen sich die einzelnen Schritte problemlos den Zykluszeiten der Spritzgießmaschine anpassen. Diese Zuverlässigkeit und Flexibilität ist zum einen auf die große Engineeringerfahrung von IEF und zum andern auf den Einsatz von industriebewährten Lineareinheiten zurückzuführen. Letztendlich bilden diese beiden Merkmale auch das Fundament für ein äußerst wirtschaftliches Gesamtkonzept, das die Wettbewerbsfähigkeit des Anwenders deutlich verbessert und ein Umrüsten auf andere Teile und damit ein Anpassen an wechselnde Marktanforderungen ermöglicht.

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