Ein Kunststoffverarbeiter aus dem europäischen Ausland will einen kleinen Steckverbinder herstellen, und dazu benötigt er eine Produktionsanlage mit einer Kapazität von mehreren Millionen Stück pro Jahr. Bei der Herstellung der Stecker ist eine sehr hohe Verarbeitungsgenauigkeit erforderlich. Die Produktqualität muss zudem an jedem Teil mit speziellen Qualitätsprüfungen überwacht werden.

Die Aufgabenstellung für die Anlage war:

  • Abwickeln des gestanzten Bandes mittels Haspel,
  • Biegen der Steckerkontakte mit optischer Kontrolle der Biegeergebnisse,
  • Umspritzen am Band mit Prüfung der Prozessqualität und Schlechtteil-Markierung,
  • Austrennen der umspritzten Kontakte vom Band (Austrennstation),
  • Entnahme der Stecker und Bestückung von Prüfstationen (Rundschalttisch),
  • Schlechtteile aussortieren,
  • Gutteile entnehmen und die Verpackungseinheiten (Plastikröhren) mit den Steckern befüllen sowie
  • Etikettierung der Verpackung als Ausbaustufe einplanen.

 

Unter mehreren Anbietern für diese Anlage konnte sich die IfK Automation aus Balingen durchsetzen. Das kleine, schwäbische Ingenieurunternehmen hat sich auf die Automation von Anlagen zum Umspritzen von metallischen Einlegeteilen für die Fertigung mittlerer bis zu höchsten Stückzahlen mittels Werkzeugträgerumlaufsystem spezialisiert. Da diese Technik jedoch für das Stanzband-Umspritzen nicht geeignet war, verfolgte der schwäbische Automatisierer ein anderes Konzept. Er projektierte die Stanzband-Umspritzanlage weitgehend ohne starr verbundene Prozesseinheiten – im Gegensatz zu dem kostengünstigeren Angebot eines anderen Anbieters. „Wir puffern mit unserer Konzeption, nämlich drei Schlaufensteuerungen vor den ersten drei Verarbeitungsschritten, mögliche Schwankungen bei der Ausbringungsrate oder kurzfristigen Störungen an diesen Einheiten ab“, erklärt der IfK-Geschäftsführer Matthias Schmid. „Dies führt zu einer höheren Stabilität des Fertigungsprozesses.“ Die Schwaben hatten aber auch nicht das teuerste Angebot vorgelegt. Das sei von einem renommierten Maschinenbauunternehmen für solche Anlagen gekommen, berichtet Schmid, und das war wohl schlicht „zu teuer“. „Zudem hatten wir den Vorteil“, so Schmid weiter, „dass wir für diesen Kunststoffverarbeiter schon mehrere hoch automatisierte Anlagen zum Umspritzen gebaut hatten, allerdings noch keine zum Umspritzen am Band“. Dennoch, glaubt Schmid, seien „die Erfahrungen des Verarbeiters mit uns letztlich ein sehr wesentlicher Grund“ gewesen, warum der Auftrag an sein Unternehmen gegangen sei.

Einschließlich Prozessvisualisierung

Insgesamt umfasst dieser die Konzeption, Konstruktion, den Probebetrieb und die Montage der Anlage beim Verarbeiter. Darin inbegriffen war auch eine Prozessvisualisierung, die der Automatisierer mit Programmier-Grundbausteinen entwickelte.

Der Herstellungsprozess mit dieser Anlage verläuft in mehreren, aufeinander folgenden Schritten: Das vorgestanzte Stanzband wird von der Haspel abgewickelt und einer Biegestation zugeführt, die pro Sekunde jeweils einen Stecker zurecht biegt. Die Bandzufuhr von der Haspel zur Biegestation führt über eine Schlaufensteuerung. Diese regelt den Abwickelmotor für das mehr oder weniger stark durchhängende Stanzband mittels einer unteren und einer oberen Lichtschranke für dieses Band. Von der Biegemaschine wird das Band – wiederum über eine Schlaufensteuerung – der Spritzgießmaschine zugeführt.
In der vertikalen Spritzgießmaschine befindet sich ein Dreiplatten-Werkzeug. Bei dieser Werkzeug-Bauweise werden der Anguss mit Verteiler- und Verbindungskanal einerseits und das Formteil andererseits jeweils separat beim Auseinanderfahren der Platten voneinander getrennt. Das Werkzeug hat acht Kavitäten, in die der Kunststoff über zwei Heißkanaldüsen zugeführt wird. Ein Zyklus dauert jeweils zehn Sekunden, wobei acht Kontaktegruppen mit einem Polybutylen-Therephthalat (PBT) umspritzt werden. Die obere Formplatte des Werkzeugs ist für den Anguss, die ein Greifer nach der Werkzeugöffnung entfernt. Die mittlere Platte ist die Düsenseite. Die unterste Ebene ist die Auswerferseite, auf der auch der Bandvorschub um jeweils acht Teile erfolgt. Unmittelbar danach erfolgt aus mehreren Prozessüberwachungsdaten des Spritzgießprozesses die Bewertung, ob die gespritzten Teile als Schlechtteile gekennzeichnet werden oder nicht. Die Prozessdaten dafür kommen über die Steuerung der Spritzgießmaschine. Die Kennzeichnung erfolgt für jeweils einen ganzen Schuss, also acht Teile, mittels einer Heißprägung, die direkt neben dem Werkzeug angebaut ist.
Über eine weitere Schlaufensteuerung wird das umspritzte Stanzband zur nächsten Prozesseinheit, dem Austrennwerkzeug zugeführt. Dort werden die umspritzten Teile in eine Matritze, die sich auf einem Schlitten befindet, gedrückt und dadurch vom Band abgetrennt. Ein Greifer holt jeweils vier Stecker ab und setzt diese geordnet in einen Rundschalttisch mit sechs Stationen ab. Dort werden die umspritzten Stecker mittels einer elektrischen Hochspannungsprüfung kontrolliert. An der zweiten Station führt eine Kamera eine so genannte Taumelkreisprüfung durch, ob die Steckerpins in der Soll-Lage sind. An der dritten Station werden mittels einer weiteren Kamera die heißgeprägten Schlechtteile aus dem Spritzgießprozess (aber nicht die anderen Schlechtteile aus den beiden vorangegangenen Prüfungen) aussortiert.

Die vierte Station ist eine Reservestation für weitere optische Prüfungen, etwa der Kontaktabstände; sie wird vorerst nicht genutzt. An der fünften Station werden die Gut-Teile durch eine Heißprägung markiert. An der sechsten und letzten Station entnimmt ein Vierfachgreifer die vier Stecker in eine Zwischenablage. Daraus werden nur die Gut-Teile in die Plastikröhre geblasen, die als Verpackung fürjeweils 36 Stecker dient. Die leeren Plastikröhren transportiert ein Taktförderband in die Befüllstation. Dieses Förderband besteht aus einem Profilgurt zur Aufnahme beziehungsweise Fixierung der Röhren. Danach ist in der Ausbau-stufe ein Etikettierer für die Plastik-röhren vorgesehen, der diese mit wesentlichen Produktionsdaten kennzeichnet. Am Bandende werden die Röhren noch manuell mit einem Stöpsel verschlossen.

Erhöhte Marktchancen
Amortisation der Automation

Nicht immer ist die kostengünstigste Variante auch die geeignetste. Geht es um Automatisierung, gelten andere Prioritäten. Immer öfter werden bestehende Fertigungsanlagen für neue Produkte oder Varianten ergänzt. So eignet sich oft ein flexibles Konzept besser als ein starres. Die Investitionen rechnen sich so meist schneller.

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Dieter Wirth