Fertigungszelle für Hochleistungspolymere entwickelt

Für die Entwicklung der innovativen Produktionszelle haben der Unternehmensbereich Performance Materials der BASF sowie Sumitomo (SHI) Demag in Zusammenarbeit mit H+S Automatisierungstechnik, Groß-Umstadt, ihre Engineering-Kompetenzen und technologischen Ressourcen gebündelt.

Im Mittelpunkt der Zelle steht eine hochpräzise, vollelektrische Intelect Spritzgießmaschine von Sumitomo (SHI) Demag. Neben den Entscheidungskriterien wie kompakter Bauweise, Energieeffizienz und Wiederholgenauigkeit schätzt das 30-köpfige Team im Technikum die verbesserte Komfort- und Sicherheitsausstattung, darunter der niedrige Geräuschpegel aber auch fortschrittliche, voll digitalisierte Lösungen für den automatischen Werkzeugwechsel und die Robotersteuerung.

Bei optimaler Betriebssicherheit und Effizienz erfüllt der Linear-Roboter SDR 5-35S dabei zwei Aufgaben. Zum einen sorgt der Roboter für die vollautomatische Platzierung von 12 unterschiedlichen Wechseleinsätzen aus einem Magazin in die Spritzgießmaschine. Zum anderen entnimmt derselbe Roboter mit seinem multifunktionalen Greifer den Prüfkörper aus dem Werkzeug und gibt ihn an einen kleinen Yaskawa GP8 6-Achs-Gelenkarmroboter weiter, der die Teile auf einer spindelangetriebenen Stanze ablegt, die den Anguss abtrennt.

Das vorhandene Werkzeugeinsatzkonzept und die weitere Sonderfunktionen enthaltende Spritzeinheit wurden in die neue Fertigungszelle integriert. Erweiterungen erfuhr die Zelle durch das Einbinden der Temperiergerätesteuerung und das Anbinden an das neu eingeführte Manufacturing Execution System.

Werkzeugwechsel: immer ein heißes Eisen

Viele der Prüfkörper, die im BASF Technikum verarbeitet werden, sind glasfaserverstärkte, oft auch mit Flammschutz ausgerüstete Hochtemperaturthermoplaste. Infolgedessen erreichen die Schmelzetemperaturen bis zu 400 °C und die Werkzeugtemperaturen bis zu 180 °C.

Das Werkzeugmagazin kann über den Roboter mit 12 Wechseleinsätzen bestückt werden. Dank der Integration von HB-Therm Temperiergeräten in die Sumitomo (SHI) Demag Maschinensteuerung erfolgen die Wechsel der Einsätze in die Spritzgießmaschine auch bei hohen Werkzeugtemperaturen automatisiert und damit sicher und effizient.

Das MES der BASF benachrichtigt die Zelle, wann das Ende der aktuellen Versuchseinstellung ansteht und übergibt den Befehl zum nächsten Werkzeugwechsel an die Fertigungszelle. Unmittelbar im Anschluss an das Fertigen des letzten Probekörpers wird der Wechseleinsatz von dem integrierten Temperiergerät geregelt abgekühlt.

Als nächstes wird der Einsatzwechsel über Ausgangs- und Eingangssignale mit der Zellensteuerung synchronisiert. Nach dem Einsatzwechsel heizen die Temperiergeräte wieder auf. Der automatische Betrieb läuft an und sobald die Werkzeugtemperatur erreicht ist, wird die Produktion einer neuen Versuchseinstellung gestartet.

Stanzen mit Präzision

Für das Chemieunternehmen stellt die Problemlösung für die anspruchsvollen Stanzaufgaben eine sehr gute Ingenieursleistung innerhalb des gesamten Projekts dar. Aufgrund des umfassenden Einsatzgebietes wird ein breites Spektrum an Materialien getestet, von weichen und zähen bis steifen und spröden Polymeren. Darüber hinaus gibt es viele unterschiedliche Probengeometrien. So variieren die Wanddicken zwischen 0,5 und 4 mm. Viele Prüfkörper werden gemäß ISO 294 produziert. Die Norm definiert die Anforderungen an das Angusssystem und die Geometrie der Proben.

Digitale Integration

Im Technikum wird täglich eine Vielzahl unterschiedlicher Versuchseinstellungen auf der Fertigungszelle gefahren. Dies bedeutet, dass das MES der Zelle jeweils verschiedene Material- und Prozessparameter, Prüfteilgeometrien und Temperaturen vorgibt. Jeder einzelne Spritzgusszyklus wird anschließend digital erfasst und dokumentiert.

Doch wie der Materialhersteller erkannt hat, hängt der Erfolg ebenfalls davon ab, dass alle Partner ihr Industrie- und Engineering-Knowhow bündeln und ihre jeweilige Expertise bei den Themen Automation, Verarbeitung und Integration teilen. Indem sie dieses Wissen zusammentrugen, haben BASF, Sumitomo (SHI) Demag und H+S Automatisierung ein System entwickelt, das das Herstellen von Probekörpern und die Materialentwicklung auf ein ganz neues Level hebt.