Die Firma 'Merschbrock Kunststoff Spritzguss' produziert Teile für die Automobil-, Elektro-, Büromöbel-, und Verpackungsindustrie. Der Maschinenpark deckt dabei Schließkräfte von 50 kN bis 10 000 kN ab, das Teilegewicht der so gut wie vollautomatisch herstellbaren Artikel variiert zwischen 0,1 g und 2930 g. Auf den ersten Blick schien die Aufgabenstellung, mit der sich das Unternehmen aus Verl an den System­integrator GS-Automatisierung wandte, ganz einfach: In einer Spritzgussmaschine werden Gewürzdosen gefertigt. Diese sollen entnommen und in Kartons zur Lieferung an den Endkunden gestapelt werden. Jeder Zyklus der Maschine stellt gleichzeitig vier Dosen her, wodurch bei einer maximalen Taktzeit von sechs Zyklen pro Minute 1440 Dosen pro Stunde hergestellt werden. – Eine durchaus beachtliche Zahl.

Aufgrund des geringen Platzbedarfs entschied sich Marco Grundmann von GS bei der Umsetzung der hierfür erforderlichen Automatisierung für den Einsatz eines Kawasaki-Roboters vom Typ RS010L. "Dieser Roboter kann sich auf ein Mindestmaß zusammenfalten, so dass er zwischen Band, Zwischenablage und Maschine Platz findet und immer noch drehen kann. Gleichzeitig hat er eine beachtliche Reichweite von 1925 mm, die er braucht, um alle Punkte der Anlage sicher erreichen zu können.", so Grundmann.

Das Packmaß stellt dabei schon die erste Herausforderung für den Systemintegrator dar. Der Grund: Im Karton werden je sechs Dosen in einer Reihe verpackt. Die Kavität der Spritz­gussmaschine gibt allerdings nur vier Dosen her. GS hat daraufhin eine Zwischenablage für 2 × 18 Dosen konstruiert, in der die Dosen in zwei mal drei Reihen à sechs Dosen nach der Entnahme zwischengelagert werden. Sind drei vollständige Reihen – also ein 18er-Paket – zusammengestellt, greift der Roboter die Dosen und verpackt sie in dem dafür bereitstehenden Karton ohne Zwischenlagen.

Die wichtigsten Komponenten der Anlage auf einen Blick (von li. nach re.): Spritzgussmaschine, Zwischenablage und Rollenbahn. Mittig davor der verwendete Kawasaki-Roboter.

© Kawasaki Robotics

Der dafür notwendige Greifer ist ein Doppelgreifer mit vier Saugern auf der einen und 18 Saugern auf der anderen Seite. Da das Packmaß in den Kartons kleiner ist als das Maß in der Spritzgussmaschine, ist die Entnahmeseite zusätzlich mit einem Initialhub versehen, der die Dosen von dem Fertigungsabstand auf das eigentliche Packmaß im Karton zusammenfährt. Weiterhin musste darauf geachtet werden, dass die offene Seite der Dosen nach unten zeigt, was mit einem pneumatischen 90°-Drehmodul realisiert wurde.

Die nächste Herausforderung dieses Projekts lag im Kartonmaß. Die zur Verpackung der Dosen bereitgestellten Kartons sind so schmal gefertigt, dass die Dosen die Innenwände der Kartons berühren. Ein Wechsel auf größere Kartons war im Vorfeld der Automation nicht möglich. Ergo mussten sich die Spezialisten von GS-Automatisierung eine Lösung überlegen, die letztlich simpel und genial zugleich ist: Dazu machen sich die Techniker die Form der Dosen zunutze und gebrauchen den Radius der runden Dosen im laufenden Prozess als Einführhilfe in den Karton. Die 18er-Dosenpakete werden dabei senkrecht im Karton abgestellt, hierfür allerdings in einer Kreisbewegung aus der Horizontalen in die aufrechte Position überführt. Im Verlauf dieser Bewegung passieren sie halb liegend den Kartonrand. Dabei trifft der Radius des Dosenumfangs auf den geraden Kartonrand und nicht der rechtwinklige Übergang von Dosenboden zur Dosenwand. Somit konnte der erhöhte Schwierigkeitsgrad der engen Kartons mit einem einfachen 'Trick' neutralisiert werden.

Robotersteuerung betreibt komplette Peripherie

Die große Reichweite des Roboters ermöglicht es, mit zwei parallel laufenden Rollenbändern zu arbeiten.

© Kawasaki Robotics

Die gesamte Peripherie der Anlage wird von der Robotersteuerung betrieben. Hierunter fallen der Rollenförderer zur Zu- und Abförderung der Kartons mit Stoppern und Zentrierung sowie eine Ionisierungsstation, die das Anhaften der Dosen durch statische Aufladung verhindert. Hierdurch werden bereits in Summe sechs Einzelfunktionen abgebildet. Die in Summe in der Anlage verbauten Sensoren zum Sperren und Abfragen von Positionen belegen 16 Eingänge der 32 standardmäßig vorhandenen Ein- und Ausgänge der Steuerung. PC-Programme (Prozess-Control-Programme), die zusätzlich zum eigentlichen Roboterprogramm ablaufen, überwachen die Peripherie sowie Einzelzustände der Anlage, so dass die Steuerung und Verwaltung aller Funk­tionen mühelos vom Roboter durch­geführt werden können.

Eine weitere Besonderheit des Projektes ist die individuelle Anpassung des Arbeitsbildschirms auf dem Bediengerät. Mit Hilfe des Interface-Panels von Kawasaki werden Funktionen und Zustände der Anlage über Softwareschalter angezeigt und auf einfache Weise bedienbar gemacht. Der Touchscreen des Bediengeräts dient dabei als Schaltfläche. Durch Knopfdruck lassen sich für diese Applikation alle relevanten Hand- und Automatikfunk­tionen steuern. Weiterhin wird die gesamte Anlagensteuerung mit allen unterschiedlichen Zuständen ebenfalls über individuell eingerichtete Visualisierungsbildschirme angezeigt und bedient.

Insgesamt acht solcher Bedienbildschirme mit jeweils bis zu 28 Einzelfunktionen können bei Bedarf generiert werden. Dies spart Geld, da damit neben zusätzlichen Hardwarekosten auch Kosten für die Installation der Komponenten und zusätzliche Elektrodokumentationen entfallen. In vielen Fällen kann durch die Nutzung der PC-Programme und der Bedienbildschirme sogar auf den Einsatz einer zusätzlichen SPS verzichtet werden – ein nicht zu unterschätzender Posten in der Gesamtkalkulation eines solchen Projekts.

Die Anbindung der Spritzgussmaschine erfolgt über die im Schaltschrank integrierte Euromap-67-Schnittstelle, die eine direkte und definierte Kom­munikation zwischen Roboter und Spritzgussmaschine ermöglicht. Diese Schnittstelle ist eine Entwicklung der Firma GS für Kawasaki Robotics, die auch anderen Anwendern zur Integra­tion von Spritzgussmaschinen zur Verfügung steht.