Hohe Stückzahlen sind in der Kunststoffverarbeitung oftmals nur durch eine Steigerung des Automatisierungsgrades erreichbar. Das Verhältnis zwischen dem Verarbeiter und dem Hersteller einer Fertigungsanlage ist neben der systematischen Projektabwicklung eine wichtige Voraussetzung dafür, dass ein Projekt den Anforderungen entspricht. Die MKT Metall- und Kunststofftechnik ist auf die Entwicklung und Großserienproduktion von Metall- und Kunststoffbauteilen für unterschiedliche Branchen spezialisiert. Am Firmensitz in Finnentrop-Weringhausen produziert man Bauteile für die Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie sowie für die Verpackungsindustrie und Medizin- und Dentaltechnik. Der Maschinenpark umfasst über 35 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften zwischen 120 und 3.500 kN.

Verzugsfreie Getriebebauteile aus PA

Das Sortiment des Unternehmens umfasst beispielsweise Getriebe-Entlüftungen, Zahnräder und eine Vielzahl komplexer Funktionsteile. Ein Fachgebiet ist das Umspritzen von Metallteilen, beispielsweise bei einem Getriebe-Bauteil, das als Ölverdränger eingesetzt wird und mit zwei Messingbuchsen ausgestattet ist. Dieses Bauteil besteht aus unverstärktem PA66 und weist eine Dauer-Temperaturbeständigkeit von etwa 140°C auf. An die Maßgenauigkeit des Ölverdrängers werden hohe Anforderungen gestellt. Daher muss das relativ dickwandige Bauteil, sobald es aus dem Spritzgieß-Werkzeug entnommen wird, für etwa 28 Minuten auf einer gekühlten Aluminiumlehre positioniert werden. Dadurch wird vermieden, dass während des Abkühlens Verzug auftritt. Der Ölverdränger wird mit einem Einfach-Werkzeug bei einer Zykluszeit von etwa 55 Sekunden hergestellt.

Abkühlen unter großem manuellen Aufwand

In der Vergangenheit erfolgte die Abkühlung auf Aluminiumlehren im Wasserbad. Dies erforderte jedoch einen großen manuellen Aufwand und führte zu einem beachtlichen Verbrauch an Kühlwasser. Da es schwierig war, die Temperatur des Wasserbades konstant zu halten und gleichzeitig die richtige Abkühlzeit einzuhalten, war der gesamte Abkühlprozess eher instabil. Abgesehen von der Gefahr der Kontamination der Bauteile im Wasserbad traten auch große Schwankungen bei den Bauteil-Abmessungen auf. Mit Ansteigen der zu produzierenden Stückzahl, stellte MKT auf ein zeitgesteuertes Kühllehren-System mit optischem Signal um. Trotz einiger Vorteile entsprach die Qualität der Bauteile nicht immer den hohen Anforderungen. Um eine konstant hohe Qualität zu erreichen, musste der teilweise manuelle Fertigungsprozess durch eine vollautomatisierte Fertigungszelle ersetzt werden, die im Drei-Schichtbetrieb produziert. MKT wählte Krauss Maffei, Schwaig, als Projektpartner für die Automatisierungslösung aus.

Systematische Vorgehensweise

Bei der Vorbereitung und Realisierung dieses Projekts verfolgten beide Unternehmen eine systematische Vorgehensweise in sieben Schritten. Dies führte zu einer Fertigungszelle, die der Aufgabenstellung exakt entspricht. Im ersten Schritt, der Analyse des aktuellen Produktionsprozesses, wurden die Vor- und Nachteile des Ist-Zustands diskutiert, Verbesserungspotenziale aufgezeigt und ein Terminplan aufgestellt. Im zweiten Schritt wurden die Lösungsansätze konkretisiert. Als dritter Schritt folgte die Layouterstellung, bei der die Anordnung aller Automationskomponenten dargestellt wird. Durch Analyse der einzelnen Prozess-Schritte wurden die Abläufe im Hinblick auf eine möglichst kurze Zykluszeit optimiert. Danach wurde der gesamte Produktionsablauf simuliert. MKT hatte so die Möglichkeit, den Gesamtprozess zu bewerten und zu kontrollieren, ob die ursprünglichen Erwartungen erfüllt wurden. Während der anschließenden Vorabnahme bei Krauss Maffei wurde die Zusammenarbeit zwischen Spritzgieß-Maschine und Automation bewertet und abgeglichen. So konnte die Inbetriebnahme deutlich schneller und problemloser erfolgen.

Hohe Maßhaltigkeit durch automatisierte Fertigung

Die entwickelte vollautomatisierte Fertigungszelle wurde Ende 2011 ausgeliefert. Die Kernkomponenten sind die Spritzgieß-Maschine CX 130-750 und der Industrieroboter IR 160 F/K mit Einlege- und Entnahmegreifer. Der Roboter nimmt mit dem Einlegegreifer zwei vereinzelte Messingbuchsen auf und legt sie in das geöffnete Werkzeug ein. Mit dem Entnahmegreifer entnimmt er anschließend das fertige Bauteil und führt es der Angussstation zu. Dort trennt eine pneumatische Zange den Anguss ab. Daraufhin wird mit einer induktiven Messung geprüft, ob sich die Metallbuchsen im Bauteil befinden. Dann legt der Roboter den Ölverdränger auf eine freie Kühllehre. Inzwischen war ein anderes Bauteil bereits ausreichend lange in der Abkühlstation und hat die erforderliche Kühlzeit erreicht. Der Roboter nimmt dieses Bauteil aus der Kühllehre und legt es auf einem Förderband ab. Vom Förderband aus werden die Ölverdränger dann der Verpackung zugeführt. Alle Fertigungsschritte werden vollautomatisch durchgeführt. Die korrekte Verweilzeit jedes einzelnen Ölverdrängers auf der Kühllehre wird präzise eingehalten, was eine hohe Maßhaltigkeit sicherstellt.

Flexibilität sichert Wettbewerbsfähigkeit

„Durch die Vollautomatisierung erreichen wir Stückzahlen von über 200.000 pro Jahr“, stellt Produktionsleiter Markus Hasenau bei MKT fest. Als nächsten Schritt plant MKT, die manuelle Prüfung der fertigen Bauteile durch eine visuelle Qualitätsüberwachung mit einem Kamerasystem zu ergänzen. Auch die Flexibilität der Anlage spielt eine wichtige Rolle, da sich weitere komplexe Formteile bereits in der Entwicklung befinden.

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Benjamin Weinzierl, Oliver Drefs