Bevor die Serienproduktion des neuen Opel Astra auf der sogenannten Delta-2-Plattform im Herbst 2009 begann, musste die Fertigung der geplanten, teils aufwändigen Innenverkleidungsteile neu entwickelt werden“, so Dr. Marcus Schuck, Bereichsleiter Forschung und Entwicklung bei Jacob Plastics aus Wilhelmsdorf. „Im Auftrag von Johnson Controls galt es für uns, einen Weg zu finden, um die teils mehrfarbigen und strukturierten Oberflächen der höheren Ausstattungslinien mit den eigentlichen Bauteilen perfekt zu verbinden. Die Herausforderung bestand darin, für die Abdeckung der Mittelkonsole drei unterschiedliche Dekorfolien mit Spaltmaßen im Zehntelbereich zu positionieren und diese durch Hinterspritzen zu einem Bauteil zu verbinden.“

Mit dieser Anforderung trat Jacob Plastics an zwei seiner bisherigen Automatisierungspartner heran. Sehr schnell wurde klar, dass nur Reis Robotics aus Obernburg imstande war, die Herausforderung zu bewältigen.

Dekorfolien exakt positionieren

Das Dekor der Mittelkonsolenabdeckung (Trim Cover Center) besteht aus einem Mittelteil sowie zwei Seitenteilen. Bei den Ausstattungslinien Cosmo, Sport und GSI sind diese jeweils in unterschiedlichen Strukturen und teils auch in verschiedenen Kontrastfarben ausgeführt. Häufig werden Teile der Armaturenbrettverkleidung entweder direkt als Spritzgussteile hergestellt oder eventuell in einem zweiten Schritt noch lackiert. Durch Lackieren lassen sich die gewünschten Qualitätslevel jedoch kaum erreichen, weil es an den Farbübergängen trotz Maskierung immer zu Schönheitsfehlern in Form von Farbübertritten kommt. Für den neuen Opel Astra wurde die Latte der Anforderungen an das Finish jedoch so hoch gelegt, dass sie nur mit hinterspritzten Folien erfüllt werden konnten. Für die Fertigung bedeutete dies, dass die Folien sehr exakt positioniert werden müssen, um beim Hinterspritzen ein einziges Teil entstehen zu lassen. Bei diesem sind die einzelnen Dekors in einem definierten, sehr knappen Abstand integriert und es entsteht eine perfekte optische wie haptische Wirkung. Aus Einzelteilen mit sichtbaren, einzelnen, kleinen Elementen entsteht am Ende ein einziges großes Bauteil.

„Das Anlagenkonzept haben wir gemeinsam mit zwei Spezialisten von Jacob entwickelt“, so Dipl.-Ing. Peter Gernhart vom Automatisierungsanbieter. „Das von Jacob entwickelte Verfahren heißt Multi-Deco-Molding und wurde in enger Kooperation mit uns industrialisiert.“ Hier entstehen großflächige, ganzheitliche Bauteile mit differierenden Oberflächen durch das Hinterspritzen mehrerer Folien mit unterschiedlichen Motiven oder Strukturen. Voraussetzung dafür sind Vorformung und höchste Maßhaltigkeit der Folien. Die Vorbearbeitung erfolgt in einem weiteren Werk des Kunststoffverarbeiters. Hier entsteht die Form durch Tiefziehen und anschließenden Laserbeschnitt. Ein Stanzen der Teile scheidet wegen erforderlicher Hinterschnitte und der komplexen dreidimensionalen Geometrien aus.

Aus drei mach eins

Die angelieferten und vorgeformten Folien werden nach manueller Reinigung in ein Doppelmagazin eingelegt, das von außen an der als Reinraum ausgelegten Roboterzelle zugänglich ist. In der Zelle steht ein sechsachsiger Knickarmroboter des Automatisierungsunternehmens, dessen Greifer mit drei drehbaren Werkzeugen für Einzelfolien, Folienpaket und Fertigteil bestückt ist. Wegen des hohen Gewichts des Greiferkopfs kommt ein Roboter des Typs RV 130–130 mit entsprechender Tragkraft zum Einsatz.

Er nimmt jeweils mittels Unterdruck gleichzeitig die drei Folien aus dem Magazin auf und legt sie in die Zentriervorrichtung ein. Im nächsten Schritt erfolgt die Zentrierung auf den Zehntelmillimeter. In der Zwischenzeit hat der Roboter sein Werkzeug in die nächste Position gedreht, um die genau positionierten Folien so aufzunehmen, wie sie in einer Spritzgießmaschine von Engel (Schließkraft 550 t) hinterspritzt werden sollen. Nun reinigt eine vorgeschaltete Bürstenkette erneut die Oberflächen, da selbst kleinste Verunreinigungen der Folienoberseite durch den hohen Druck in der Spritzgussmaschine zu Fehlern und mangelhaftem Finish führen würden. Wenn die Spritzgießmaschine öffnet, entnimmt der Roboter mit seinem dritten Werkzeug das bereits gespritzte Teil aus der Form. Nun werden die aufgenommenen Folien in die Form eingelegt und durch elektrostatische Aufladung exakt in Position gehalten, bis die Maschine schließt und der Spritzgussvorgang beginnt.
Nach der Entnahme übergibt der Roboter das Fertigteil in eine Wende-/Anguss-Abschneidestation. Diese dient darüber hinaus als weitere Roboterachse, weil sie das Teil nun um 180 Grad dreht und an einen zweiten Knickarmroboter (Typ RV 30–16) übergibt. In dieser Station nimmt der Roboter mit einem Kombigreifer jeweils einen Metallclips und einen Gummipuffer aus einer Zuführ-/Vereinzelungsstation auf und montiert sie auf der Rückseite der Mittelkonsole. Insgesamt werden sieben Clipse und sieben Gummipuffer angebracht, die zuvor in einer Vorrichtung vereinzelt und in der korrekten Position an die Übergabestelle transportiert wurden. Die Clipse dienen der späteren Montage im Fahrzeug und die Gummipuffer verhindern Geräusche und Klappern, da das Bauteil damit unter einer vorgegebenen Spannung montiert wird. Im vorerst letzten Schritt befördert der Roboter das fertige Teil mit einem Greifer auf ein Förderband und damit zur Endkontrolle und Verpackung.

Schnelle Projektabwicklung

Reis hat die beiden kompakten Automatisierungszellen modular auf einer Plattform montiert. Vor der Lieferung wurden sie im eigenen Werk aufgebaut und in Betrieb genommen, weil sehr komplexe Bewegungsabläufe sozusagen jeden Zentimeter Raum ausschöpfen. Diese Enge im Raum war ein Grund dafür, komplexe Sicherheitssysteme zu integrieren, um zu verhindern, dass sich bei aktiven Antrieben jemand in der Zelle aufhalten kann. Vorrichtungen und Greifer entstanden ebenfalls bei Reis, denn das Unternehmen versteht sich als Systemhaus, das dem Kunden komplette Lösungen aus einer Hand anbietet und auch bei zugekauften Teilen als Generalunternehmer die Funktion der kompletten Installation sicherstellt.

„Nach einer Projektlaufzeit von weniger als einem halben Jahr konnten wir unserem Kunden die ersten Teile in der gewünschten hohen Qualität vorstellen und rechtzeitig in die Fertigung der Serienteile einsteigen“, so Schuck. „Parallel zu dieser komplexen Anlage haben wir noch zwei weitere Anlagen von Reis in Betrieb genommen, die prinzipiell ähnliche Aufgaben übernehmen, allerdings verbinden Türgriffe und Teile der Türverkleidung nicht mehrere Folien mit einem Spritzgussteil.“

Mit Taktzeiten von 70 Sekunden und einer sehr hohen Verfügbarkeit ist die Automatisierungszelle für die Mittel-konsole auch den hohen Anforderungen der Serienfertigung gewachsen. Jacob hat damit seine Fertigungstiefe weitergesteigert, denn die vom Vorlieferanten bezogenen Folien werden nun vomThermoformen und Tiefziehen überden Laserbeschnitt bis hin zur Kombi-nation mehrerer Folien zum finalenBauteil Mittelkonsole durchgängig bearbeitet. „Und letztlich ist es der flexiblen und kreativen Zusammenarbeit mit Reis zu verdanken, dass wir diesen kom-plexen Prozess nun für unseren Auftraggeber abwickeln können“, so Schuckabschließend. Gleichzeitig ist die Anlage mit dem neu entwickelten Multi-Deco-Molding-Verfahren so flexibel, dass sie auch für künftige Anforderungen einsetzbar ist. So gibt es bereits Planungen, Dekorbauteile mit Inserts zu fertigen, bei denen Spritzgussteile mit Folien und/oder Echtmetallfolien, Leder sowieEchtholz zu einer Einheit verbunden werden. So wird die spätere Montage beim Fahrzeughersteller vereinfachtund das Finish mit exakten Spaltmaßen gesteigert.

Neue Technologien
Unterschiedlich dekoriert

Das neu entwickelte Multi-Deco-Molding-Verfahren ermöglicht es, großflächige ganzheitliche Bauteile mit differierenden Oberflächen durch das Hinterspritzen mehrerer Folien mit unterschiedlichen Motiven oder Strukturen herzustellen. Voraussetzung dafür sind Vorformung und hohe Maßhaltigkeit der Folien. Die Form der Folien entsteht durch Tiefziehen und anschließendem Laserbeschnitt.

 

Autor

Über den Autor

Dr. Marcus Schuck, Bereichsleiter Forschung und Entwicklung bei Jacob Plastics, Wilhelmsdorf, info@jacobplastics.com Peter Gernhart, Vertrieb Automationssysteme, Reis, Obernburg, info@reisrobotics.de Stephan H. Gursky, freier Redakteur, Woerth