Die Verschlusskappen (blau) müssen noch im warmen Zustand geschlossen werden, damit sie später Flaschen aller Art dicht verschließen. (Bildquelle: alle Gimatec)

Die Verschlusskappen (blau) müssen noch im warmen Zustand geschlossen werden, damit sie später Flaschen aller Art dicht verschließen. (Bildquelle: alle Gimatec)

Vor rund einem Jahr richtete der Spritzgießmaschinen-Hersteller Arburg, Loßburg, eine Anfrage an Gimatic Vertrieb in Hechingen. Dabei ging es um eine Kundenanwendung bei Bowler Plastics, Kapstadt, Südafrika. „Wir erstellen unsere Angebote immer sehr zeitnah, damit wir die Aufträge nicht verlieren. Denn unsere Kunden benötigen die angefragten Produkte in der Regel schnellstmöglich, “ beschreibt Jens Reinfrank, Projektierung Systemtechnik bei Gimatic, das Vorgehen in der Angebotsphase. Nur einen Monat später besuchte Friedel Sass, CEO von Bowler Plastics, den Stand von Gimatic auf der K 2016. Noch auf der Messe erteilte er den Auftrag über die Entwicklung und Produktion von sechs Entnahmegreifern und zwei Deckelschließautomaten für Verschlusskappen.

Die Bowler Metcalf Gruppe erzeugt heute mit circa 800 Mitarbeitern in vier Einzelunternehmen über 500 Millionen Teile pro Jahr − unter anderem per Spritzguss, Seidensiebdruck, Digitaldruck oder Schlauchextrusion. Zu den mehr als 200 Kunden der Gruppe zählen global tätige Unternehmen wie beispielsweise Revlon, Johnson & Johnson, SCJ, Unilever und Tiger Brands. Die Spritzgussabteilung von Bowler stellt pro Jahr 320 Millionen Teile auf mittlerweile 54 Spritzgießmaschinen her. „Unser Hauptaugenmerk liegt auf der Versorgung der Kosmetik- und Haushaltsindustrie, auch wenn wir für alle Hartkunststoffprodukte offen sind“, sagt Wayne Knutsen, Leiter Spritzgussfertigung bei Bowler Plastics. CEO Friedel Sass ist deutscher Abstammung und legt daher viel Wert auf Maschinen ‚Made in Germany‘. Und so kommen 49 Maschinen aus dem Hause Arburg.

Eintönige Arbeit sucht Automatisierungslösung

Weil die Verschlussmechanismen spiegelverkehrt aufgebaut sind, muss der Greifer die unteren zwei Kappen während der Zufuhr um 180 Grad drehen.

Weil die Verschlussmechanismen spiegelverkehrt aufgebaut sind, muss der Greifer die unteren zwei Kappen während der Zufuhr um 180 Grad drehen.

Bisher hat in der Anwendung ein Maschinenbediener die von der Spritzgießmaschine ausgeworfenen Verschlusskappen (Fliptops) von Hand geschlossen. Jeweils vier Deckel kommen gleichzeitig aus der Maschine mit einer Taktzeit von 13 Sekunden. Sechs verschiedene Deckel-Varianten sind dabei möglich. Diese Vorgehensweise war solange wirtschaftlich, bis in letzter Zeit die Lohnkosten gestiegen sind und sich die Produktionsabläufe verlängert haben. Deshalb beschloss das südafrikanische Unternehmen, diesen Arbeitsgang zu automatisieren. Damit wird künftig auch das Qualitätsrisiko durch menschliche Fehler ausgeschlossen. Die maßgebliche Herausforderung war, die vom Maschinenbediener gewohnte Flexibilität bei verbesserter Qualität und niedrigeren Kosten aufrechtzuerhalten.

„Mit der Automatisierungslösung von Gimatic sollten wir unsere vorhandenen 3D-Negativ-Formteile nutzen können. Zudem sollte sie einfach und prozesssicher sein“, beschreibt Wayne Knutsen das Pflichtenheft. Der Verschlussprozess lässt sich nun mit relativ wenig Verlust in der Zykluszeit automatisieren, die meist etwa eine Sekunde beträgt. Das sei ein kleiner Preis im Vergleich zum großen Benefit, den jede einzelne Kappe liefert: „Die Fliptops werden sofort und im selben Zeitrahmen aus der Maschine entnommen, wodurch sich die Thermostabilität verbessert und der Ausschuss verringert“, so Knutsen zum Ergebnis. Und die Maschine sei nun viel effizienter als ein Mitarbeiter, wenn man bedenkt, dass sie 24 Stunden an sieben Tagen in der Woche produziert. Basierend auf Lohnkosteneinsparungen schätzt Bowler, dass sich die Investition in etwa sieben bis zwölf Monaten amortisiert hat – ohne die Einsparungen infolge reduzierter Ausschüsse und die Steigerung der Kundenzufriedenheit zu berücksichtigen.

„Wir hatten bis dato nur wenig Erfahrung mit solch einer Deckelschließanlage. Zudem wollte Bowler damit sechs verschiedene Deckeltypen abdecken“, umschreibt Jens Reinfrank die Herausforderung für Gimatic bei dieser Anwendung. Zudem sitzt das Unternehmen nicht gerade „um die Ecke“. „Viele unserer Kunden befinden sich in unserer Nähe, so dass wir so oft wie nötig vor Ort sein können“, gibt Reinfrank zu bedenken. In diesem Fall erfolgte die komplette Auftragsabwicklung vom Angebot bis zur Inbetriebnahme aber aus der Ferne.

Arbeitsablauf: Greifen, Transportieren, Ablegen, Schließen

Nach dem Verschließen der Deckel, werden diese über Luftstoß in den Behälter ausgeworfen.

Nach dem Verschließen der Deckel, werden diese über Luftstoß in den Behälter ausgeworfen.

Die verschiedenen Verschlusskappen müssen sofort nach Entstehen aus der Spritzgießmaschine entnommen werden, damit die Scharniere während des Erkaltens nicht brechen und das Plastik nicht zusammenschrumpft. Denn sonst würden die Deckel in der Anwendung später nicht dichthalten. Die Entnahmeeinheit ist mit vier an die Deckelform angepassten Vakuumgreifern bestückt. Sie entnimmt die gleich ausgerichteten Kunststoffdeckel aus der Spritzgießmaschine und legt diese auf vier entsprechende 3D-Negativ-Formteile in der Deckelschließanlage ab. Diese besteht aus zwei synchron laufenden Linearachsen, die je zwei Deckel verschließen. Aus baulichen Gründen wurden die Linearachsen spiegelverkehrt aufgebaut. Daher muss die Entnahmeeinheit während des Entnahmevorgangs die unteren zwei Bauteile drehen, um sie anschließend lagerichtig ablegen zu können. Die Linearachse fährt dann über die abgelegten Deckel. Damit die Deckel nicht beschädigt werden, klappt sie zunächst ein sogenannter Flock um 90 Grad zu, bevor sie ein Pneumatikzylinder anschließend fest zudrückt. Während der Entnahmegreifer wieder ausfährt, um die nächsten Bauteile zu holen, werden die verschlossenen Deckel nacheinander um 180 Grad gedreht und mittels Luftstoß in einen bereitstehenden Behälter ausgestoßen.

Abgestimmt auf jeweils drei Deckel wurden zwei verschiedene Deckelschließanlagen mit jeweils drei Greifern entwickelt. „Um das Umrüsten auf die einzelnen Formate zu erleichtern, haben wir die wenigen Bauteile, die es zu wechseln gilt, farblich markiert“, erklärt Jens Reinfrank. Der Austausch erfolgt sehr einfach: Schrauben lösen, Pneumatik- und Elektrik-Stecker lösen − und schon kann die komplette Einheit entnommen werden.

Fast alle Komponenten aus dem eigenen Portfolio

Die beiden Systeme wurden fast ausschließlich mit Gimatic-Komponenten aufgebaut. So wurden die Bauteile des Entnahmegreifers, wie etwa Vakuumsauger, gefederte Aufhängungen und das Schnellwechselsystem MSI-A41, am hauseigenen Profilschienensystem befestigt. Die Deckelschließanlage basiert auf einem Profilrahmengestell und wird über starke Stellfüße am Boden festgeschraubt. Die Druckluftanbindung erfolgt über die Spritzgießmaschine beziehungsweise über das Roboterhandling. Hierfür wurde eine spezielle Schnittstelle in Form einer Ventilinsel generiert. Auch die Steuerung wird von der Spritzgießmaschine übernommen. Für die Linearachsen kommen zwei Lineareinheiten Type LP07 mit zwei Führungswagen zum Einsatz, die über einen Pneumatikzylinder angetrieben werden. Kleine OFC-Zylinder fixieren die Deckel auf einer 3D-gedruckten Negativform.

Die Druckluftanbindung erfolgt über eine Ventilinsel, die über die Spritzgießmaschine gesteuert wird.

Die Druckluftanbindung erfolgt über eine Ventilinsel, die über die Spritzgießmaschine gesteuert wird.

Die Zylinder sind mit einem thermisch hochfesten Gummi mit einer hohen Reibeigenschaft ausgestattet, damit das Bauteil beim Schließvorgang nicht verrutscht oder beschädigt wird. Ein OFL-Zylinder drückt die Deckel von oben zu. Dafür lässt sich der Druck bauteilabhängig einstellen. RT-25-Dreheinheiten werfen die Deckel schließlich aus. Diese Dreheinheiten haben eine integrierte Luftdurchführung und sind gemäß Gimatic gegenüber vergleichbaren Produkten am Markt bei gleicher Kraft etwa 20 Prozent kleiner und kosten rund 30 Prozent weniger. Die ganze Anlage wird durch Magnetsensoren in Kommunikation mit der Spritzgießmaschine abgefragt, ausgewertet und überwacht. „In Bezug auf Schnittstellen und Maschinenrichtlinie haben wir direkt mit Arburg zusammengearbeitet“, berichtet Jens Reinfrank. Die Verantwortlichen beider Unternehmen sind sehr zufrieden mit der bisherigen Zusammenarbeit.

Auch die Inbetriebnahme klappte reibungslos. Man hatte sich in Hechingen schon darauf eingestellt, dazu nach Südafrika zu reisen. Doch war das am Ende gar nicht notwendig. „Wir haben es hier geschafft, ein wirkliches Plug-and-play System zu fertigen“, erklärt Jens Reinfrank. Die Anlage wurde in Hechingen gefertigt und montiert. William Johnstone, von der Firma Hestico als Vertreter für Arburg in Südafrika, Colin Jacobs, Maschineneinrichter bei Bowler und Wayne Knutsen haben sie dann vor Ort abgenommen, bevor sie nach Afrika verschickt wurde.

In puncto Automatisierung ist das südafrikanische Unternehmen nun auf den Geschmack gekommen: „Wir haben gerade erst mit der Automatisierung von Prozessen begonnen und möchten das Verschlusskappen-Konzept auf andere Spritzgussformen erweitern“. Die Arbeit an einem neuen möglichen Projekt mit Gimatic wurde bereits begonnen.

 

 

Über den Autor

Angela Struck

ist Geschäftsführerin Presse Service Büro in Langenpreising.

angela.struck@presseservicebuero.de