Die Getriebedeckel für Frontwischeranlagen bestehen aus drei Komponenten: Das Hauptmaterial ist mit dreißig Prozent Glasfaser versetztes PBT. Dazu kommen eine weiße und eine blaue TPE-Dichtung. (Bild: Hekuma)
Eine im Jahresverlauf 2014 von Hekuma, Eching, geplante, gebaute und im Frühjahr 2015 im chinesischen Werk von Söhner, Schwaigern, einem Zulieferer der Automobilindustrie, in Betrieb genommene Anlage fertigt Getriebedeckel für Frontwischeranlagen. Diese bestehen aus drei Komponenten: mit dreißig Prozent Glasfaser versetztes PBT sowie eine weiße und eine blaue TPE-Dichtung. Neben der Dichtungsfunktion für das Getriebe der Scheibenwischer beherbergen die handtellergroßen Teile auch Elektronik. Die maßgeblichen Prozessschritte bestehen deshalb darin, dass in vier Kavitäten des Werkzeuges je sechs Kontakte – zwei Gabelkontakte sowie jeweils zwei Zweiergruppen von Steckerkontakten – eingelegt und mit Kunststoff umspritzt werden. Hinzu kommt ein weiterer Kontakt, der nachträglich montiert und heißverstemmt werden muss. Die Zuständigkeiten zwischen den beiden Unternehmen waren dabei von Beginn an klar verteilt. „Söhner liefert das Werkzeug, Hekuma baut das Drumherum“ bringt Ralf Kümmerle, Projektleiter bei Söhner, die Kooperation der beiden Unternehmen auf den Nenner.
Das 4+4-fach-Spritzgusswerkzeug stellte Söhner für eine Horizontal-Spritzgießmaschine her. Die Prozesse Einlegen, Montieren und Prüfen der Kontakte untergliederten die Unternehmen bereits im Planungsstadium der Anlage in acht, vollautomatisch ablaufende Prozessschritte. Auf dem Ziel, eine Zykluszeit dreißig Sekunden für vier Teile zu erreichen, war dabei maßgeblich für die Entwicklung der Anlage. Für Kümmerle war von vornherein klar, dass „diese Vorgabe nur dann erreicht werden kann, wenn sämtliche Abläufe in ihrer Taktung exakt aufeinander abgestimmt sind“.
Sämtliche Einlege- und Entnahmeschritte der autark verfahrbaren Greifelemente laufen parallel zueinander ab. Während in der oberen Partie das Fertigteil entnommen wird, werden unten simultan die Kontakte eingelegt. (Bildquelle: Hekuma)
Automatisiertes Handling spielt Schlüsselrolle
Der eigentliche Entnahme- und Einlegevorgang der Anlage erstreckt sich dabei über vier Zyklen: Nachdem die Kontakte vom Band abgestanzt, gebogen und vereinzelt wurden, legt sie der Greifer ins Werkzeug ein, wo sie mit der Hartkomponente umspritzt werden. Danach entnimmt er das halbfertige Bauteil und übergibt es an eine Transfer- beziehungsweise Wendestation. Diese schwenkt es um 180° nach oben, wonach es der Greifer wieder aufnimmt. Im nächsten Schritt legt der Greifer die Hartkomponente erneut in das Werkzeug ein und die TPE-Dichtungen werden aufgespritzt. Schließlich wird die Hartkomponente entnommen und weitergereicht. Sämtliche Einlege- und Entnahmeschritte der autark verfahrbaren Greifelemente laufen parallel zueinander ab. Während in der oberen Partie das Fertigteil entnommen wird, werden unten simultan die Kontakte eingelegt. Der Greifer hat eine Fläche von 1,20 m².
Im Anschluss legt der Greifer die Fertigteile auf einen Werkstückträger ab, der sie zur Montage- und Prüfautomation befördert. Diese montiert und heißverstemmt den Massekontakt des Gehäuses, da dieser nicht umspritzt werden kann.
Die Einlege- und Entnahmeprozesse sind über die Steuerung miteinander verzahnt. Die von Hekuma entwickelten vier einzeln verfahrbaren Greiferelemente erfordern ein präzises Positionieren.
Marktübersicht Greifer
Auf den Trend zu komplexeren Produkten und großen Kavitätenzahlen reagieren die Hersteller einerseits, indem sie individuelle Fertigungsverfahren wie 3D-Druck einsetzen. Andererseits integrieren sie Funktionen wie eine Schussgewicht-Überwachung, automatisiertes Entgraten oder Einlegen von Schrauben. Diese Marktübersicht enthält 30 Hersteller, die solche und viele weitere Anforderungen erfüllen. Starten Sie den Vergleich und finden Sie den richtigen Anbieter.
Vierfache Qualitätssicherung
In der Qualitätsprüfung schließlich durchlaufen die Deckel vier Kontrollinstanzen. Zunächst werden Kontakte elektrisch geprüft, das heißt auf Durchgang, Kurzschluss und Hochspannung. Es folgen die Messungen der Kontakthöhe mittels Sensor, der Dichtheit der umlaufenden Dichtung via Luftstrom sowie der Taumelkreis der Pinspitze mithilfe einer Kamera.
Die Prüfung der Pins ist dabei auf eine Abweichung von zwei Zehntelmillimetern ausgelegt. Um Schlechtteile durch Messabweichungen von vornherein auszuschließen, ist die tatsächliche Toleranz bei rund 0,018 mm, also rund zehn Prozent niedriger eingestellt. Den Prozessabschluss bildet die Montage der Druck-Ausgleichs-Membrane. Diese führt zunächst eine Haspel mit Papieraufwicklung zu. Dann wird sie gestanzt und mittels eines Pick-and-Place-Systems in die Fertigteile eingelegt, in der Laserschweißstation verschweißt und abschließend, vor der Ablage in den Tray, auf die erforderliche Durchflussmenge geprüft.
Den letzten Schritt des Produktionsprozesses der Getriebedeckel bildet die Montage der Druck-Ausgleichs-Membrane. Diese führt zunächst eine Haspel mit Papieraufwicklung zu. Dann wird sie gestanzt und mittels eines Pick-and-Place-Systems in die Fertigteile eingelegt und in der Laserschweißstation verschweißt. (Bildquelle: Hekuma)
Bauteilprüfung muss Taktzeit einhalten
Nach der detailgenauen Planung und Konstruktion der Anlage brachte die Abnahme der einzelnen Prozessschritte beziehungsweise ihre Darstellung im Gesamtverlauf die erwarteten Ergebnisse. Zwischen Fertigstellung, Abnahme und Inbetriebnahme der Anlage in China lagen acht Monate. „Es macht jedes Mal wieder Spaß mit Söhner zusammenzuarbeiten. Die Abstimmungen laufen reibungslos und solche großen Projekte können in einem relativ kurzen Zeitraum gestemmt werden“ so Thomas Rüter von Hekuma, der Söhner seit nun 12 Jahren vertriebsseitig betreut.
Kümmerle ergänzt: „Wichtig war dabei vor allem, dass die Produktivität der Anlage über den gesamten Prozessverlauf und möglichst unterbrechungsfrei gewährleistet bleibt. So durften etwa die Zykluszeiten bei den Prüfinstanzen in keinem Fall die Gesamtzeit des Entnahme- und Einlegeprozesses überschreiten.“ Die Zykluszeit von 30 s markierte dabei die obere Grenze der Taktung. Es blieben also 7,5 s für die vier aufeinanderfolgenden Prüfungsabläufe. Da eine ganzheitliche Dichtheitsprüfung pro Teil allein rund zehn Sekunden dauert, musste der Anlagenbauer die Prüfeinheit auf zwei Teile pro Zyklus erweitern. Das ermöglichte es, die vorgegebene Produktionsgeschwindigkeit von vier Teilen pro 30 s zu erreichen.
Mit der Anlage produziert Söhner zwei Millionen Getriebedeckel pro Jahr. Zusammen mit drei weiteren Anlagen, die Hekuma für die Fertigung von Getriebedeckeln für Frontwischeranlagen entwickelt hat, erhöhte Söhner seine Produktionskapazität auf acht Millionen Getriebedeckel pro Jahr.
