Hochautomatisierte Produktion: Unter zehn Sekunden pro Stecker

KE Elektronik produziert am Stammsitz Kressberg-Marktlustenau unter anderem Motorlüfterstecker, die sowohl in hybriden wie rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Bei diesen Steckern handelt es sich um sogenannte Kunststoff-Hybridbauteile, bei denen vier Metallkontakte mit drei unterschiedlichen Kunststoffen umspritzt werden. „Die Herstellung dieser Stecker ist ein relativ komplexer Prozess, der an eine Vielzahl von Prüfschritten sowie eine lückenlose Rückverfolgbarkeit gekoppelt ist. Um hier der permanent steigenden Nachfrage bei dem bestehenden Fachkräftemangel gerecht werden zu können, war eine intelligente Automatisierungslösung gefragt“, so Jens Gradenegger, Teamleiter Spritzgießautomation bei KE Elektronik.

Mit der Maßgabe, zwei Stanz-Biege-Einheiten und zwei Arburg Spritzgießmaschinen so zu automatisieren und zu verketten, dass die resultierende Fertigungsinsel einen Output von mehreren Millionen Stecker pro Jahr erreichen kann, wandte sich KE Elektronik an die EGS Automation GmbH aus Donaueschingen. „Wir hatten bereits gute Erfahrungen mit EGS gemacht“, so Jens Gradenegger. In enger Zusammenarbeit mit KE ist es EGS daraufhin gelungen, auf 15 x 6 m eine Fertigungsinsel zu konzipieren, die mit sechs Motoman-Robotern von Yaskawa, der geeigneten Handhabungs- und Prüftechnik und einem Sumo Ecoplex Palettiersystem die gestellten Anforderungen umsetzt. Um die Taktzeitvorgaben von unter zehn Sekunden pro Stecker sowie eine maximal hohe Verfügbarkeit zu garantieren, kommen hochwertige Komponenten zum Einsatz. Ebenso wurde auf eine gute Zugänglichkeit aller Anlagenteile geachtet. Die komplette Linie ist in vier Module gegliedert:

Zwei Stanz-Biege-Einheiten sorgen für die kontinuierliche Bereitstellung der Steckerkontakte. Während auf der einen Linie Signal-Pins hergestellt werden, produziert die andere Power-Pins. An jeder Stanz-Biege-Einheit ist ein Motoman GP7 mit mechanischem Greifer, ausgestattet mit integrierter Sensorik und um 25 Grad geneigt, installiert. „Mit der Schrägstellung des Roboters ist es uns gelungen, die benötigte Drehung von der Entnahme zur Einlegeposition komplett über die S-Achse zu realisieren, um so die Taktzeit auf ein Minimum zu reduzieren“, erklärt EGS-Projektleiter Hartmut Pfalzgraf. Die beiden Sechsachser entnehmen an ihrer Linie jeweils zwei Kontakte und positionieren diese in einem Werkstückträger mit vier Aufnahmen, von der jede wiederum mit vier Kontakten bestückt werden muss. Nach vier Arbeitszyklen haben die beiden Sechsachser die vier Aufnahmen komplett bestückt und die Werkstückträger erreichen ihre Entladeposition, an der sie der Motoman GP50 von Modul II in Empfang nimmt.

Herzstück von Modul II ist eine 2K-Spritzgießmaschine von Arburg, auf der zwei Kunststoffe gleichzeitig verarbeitet werden. Im ersten Schuss erfolgt mit dem oberen Werkzeug der SGM eine Formumspritzung, welche die Kontakte exakt in der gewünschten Lage fixiert. Die entstandenen Kontaktträger werden dann im zweiten Schuss mit dem unteren Spritzgießwerkzeug zu einem Anschlussstecker umspritzt. Sämtliche Be- und Entladeprozesse dieser SGM werden von einem Sechsachsers Motoman GP50 von Yaskawa verrichtet, an dem ein 36 kg schweres Dreifach-Greifsystem montiert ist. Der Roboter verfügt über eine Reichweite von 2.061 mm und eine Traglast von 50 kg. Nun zum Vorgang: Zunächst entlädt der Roboter die SGM, ehe er sie mit neuen Kontakten bestücken kann. Dazu muss der Sechsachser die fertig umspritzten Anschlussstecker aus dem unteren Werkzeug entnehmen, die Vorspritzlinge aus dem oberen ins untere Werkzeug umsetzen und abschließend das jetzt leere obere Werkzeug mit den 4 x 4 Stanzbiegekontakten aus dem WT von Modul I bestücken. „Um die geforderte Präzision beim Greifen erreichen zu können, dockt der Roboter vor dem eigentlichen Handhaben über einen Zentriergreifer an den Werkzeugen an. Für eine möglichst kurze Werkzeugoffenzeit reizen wir dabei die Dynamik des GP50 komplett aus“, verrät Jens Gradenegger. Abschließend werden die umspritzten Stecker auf einem weiteren Werkstückträger abgelegt. Über ein Transfersystem gelangt dieser von Modul II zu Modul III.

Der wesentliche Prozessschritt im Modul III besteht aus einer LSR-Umspritzung der Stecker, die ebenfalls auf einer Arburg Spritzgießmaschine stattfindet. Der Vorteil dabei: Durch das Umspritzen der Stecker mit einer Silikonlippe kann eine separate Dichtung entfallen und somit auf ein zusätzliches Bauteil, das Probleme bei der Montage verursachen könnte, verzichtet werden. In diesem Modul kommt ebenfalls ein Motoman GP50 zum Einsatz. Der Roboter entnimmt die 2 x 4 Stecker aus dem WT und prüft deren Temperatur mit einer Wärmebildkamera. Wenn die Temperatur im definierten Fenster liegt, sind die Teile für den nächsten Spritzgießprozess bereit und der Roboter legt sie in das Werkzeug ein. Auch hier steht vor der Bestückung der Spritzgießmaschine zunächst die Entnahme der acht Fertigteile. Ein 2-fach-Shuttle bringt dann die insgesamt 16 Teile zum letzten Modul.

An Modul IV kommt ein weiterer Motoman GP7 zum Einsatz, dessen Aufgabe darin besteht, die Fertigteile aufzunehmen und an einen Rundschalttisch zu übergeben. „Auf diesem Rundschaltisch befinden sich diverse Prüfstationen sowie eine Montagestation, die mit einem Scara-Roboter des Typs Motoman SG650 ausgestattet ist. Hier ist es uns gelungen, auf äußerst kompakten Raum wirklich viele Prozesse zu integrieren“, freut sich Jens Gradenegger. Tatsächlich dreht sich in diesem Modul alles um die Qualitätssicherung. Den Anfang macht eine Durchgangs- und Hochspannungs-Prüfung, daran schließt sich eine Pinpositionskontrolle mit einem Triangulationslaser an, es folgt eine Kamerainspektion der LSR Umspritzung, ehe das Bauteil mittels eines Kennzeichnungslasers mit einem Data Matrix Code versehen wird, der eine hundertprozentige Rückverfolgbarkeit sicherstellt. Anschließend wird auch der DMC geprüft. Wurde nichts beanstandet, erfolgt abschließend die kraftmomentengeregelte Montage einer Schutzkappe durch den Scara-Roboter SG650. „Dass Yaskawa seit geraumer Zeit nun auch Vierachs-Roboter anbietet, hat sich hier als großer Vorteil erwiesen. So konnten wir die komplette Anlage mit Robotern eines Herstellers ausrüsten“, kommentiert Jens Gradenegger. Insgesamt wird der Takt aber vom Motoman GP7 vorgegeben: „Er bestückt nicht nur den Rundschalttisch, sondern legt die Fertigteile abschließend in Trays ab. Hier mussten wir sämtliche Register ziehen, um unsere Taktzeitvorgaben nicht zu gefährden. So ist der Roboter unter anderem mit einem 2+2-fach Greifsystem ausgestattet, um die Anzahl der Fahrbewegungen reduzieren zu können“, meint Hartmut Pfalzgraf.

Die Anlage läuft seit September 2021 im Dreischichtbetrieb und erfüllt die Erwartungen seitens KE in vollem Umfang, wie Jens Gradenegger versichert: „In vielen Detaillösungen profitieren wir von der Expertise der EGS-Konstrukteure. Hinzu kommt die sprichwörtliche Zuverlässigkeit der Yaskawa-Roboter, die wir hier bei KE besonders schätzen.“