Die MKG Metall- und Kunststoffverarbeitungsgesellschaft in Lotte bei Osnabrück gehört zur auf Fahrzeugbauteile und Befestigungstechnik spezialisierten Titgemeyer-Unternehmensgruppe. Im Zuge einer umfassenden Modernisierung der Produktion von PUR-Teilen für die LKW-Fertigung sollte das Befüllen der auf Werkstoffträgern aufgespannten Schäumformen von einem Industrieroboter übernommen werden, das Leeren, Säubern und Bereitstellen der Formen jedoch weiterhin manuell erledigt werden.

Die Herausforderung für den Anlagenlieferanten - die Firma de Man aus Borgholzhausen - bestand darin, ein Handling- Konzept zu erstellen, welches drei Forderungen unter einen Hut bringt: gesteigerter Durchsatz, einfache Bedienbarkeit und dabei größtmöglicher Schutz für den Bediener am „Schnittpunkt" mit dem Roboter. Den Mittelpunkt der Applikation bildet ein 6-Achs-Roboter vom Typ KR125 des Herstellers Kuka. Um ihn herum sind an drei Seiten je fünf Stellplätze für die Werkstückträger angeordnet, auf denen die Schäumformen aufgespannt sind. Jede dieser Seiten bildet in der Anlage eine Sektion. An der vierten Seite steht eine Hochdruckmaschine, die das Füllgemisch bereitstellt.

Aufgrund der großen Dimension der Anlage ist der Roboter mit einer zusätzlichen Armverlängerung von etwa einem Meter ausgestattet. Der Arbeitsbereich des Werkers befindet sich außerhalb des Formen- Karrees, so dass die Formenträger den Schnittpunkt zwischen Mensch und Maschine bilden. Um die Sicherheit des Werkers zu gewährleisten, wurden hier für jede Sektion zwei 5 mal 2 Meter große Zaunelemente eingeplant, die sich nach oben hin öffnen und wechselseitig den Zugriff auf die Werkstückträger ermöglichen.

Füllen der Formen: Ablauf

Zum Füllen der Formen führt der Roboter einen integrierten Mischkopf, der über Schläuche an die Hochdruckmaschine angeschlossen ist, über die Einfüllstutzen der Formen und füllt sie. Dabei greift er auf eine umfangreiche Datenbank zu, die ihm die notwendigen Daten wie Anzahl und Koordinaten der Stutzen bei den zu füllenden Formen, die Koordinaten der Schließer, die Füllmenge sowie die Reaktionszeit des Gemisches je Form vorgibt. Die Ablaufsteuerung übernimmt dabei eine eigens entwickelte PC-Software.

Jedem der insgesamt 15 Arbeitsplätze (3 mal 5 an jeder Seite) wird nun ein Artikel - sprich die zu erstellende Produktart inklusive der Aushärtezeit - und ein Form-Typ zugewiesen. Die Form-Typen unterscheiden sich in Funktionsweise (zum Beispiel ein oder zwei Deckel) und Ablauf (manuelle/automatische Bearbeitung, Belüftung etc.). Beide Informationen werden mittels Devicenet an die Robotersteuerung übermittelt. Der Roboter „weiß" so anhand des Form-Typs, wie der jeweilige Platz bearbeitet werden muss, und anhand des Artikels, welches Produkt dort herzustellen ist beziehungsweise wie lange es aushärten muss. Neben der Aushärtezeit sind die verschiedenen Schließzeiten für jedes Produkt in der Datenbank hinterlegt.

Die Formen dürfen nach dem Füllvorgang nicht gleich geschlossen werden, da das Material chemisch reagiert und sich dabei ausdehnt; außerdem muss die Luft aus den Formen entweichen. Für jede Form sind vier verschiedene Schließzeiten hinterlegt; je nach gefertigtem Produkt wählt die Steuerung eine davon aus. Erst nach Ablauf der Schließzeit verschließt sich der Einfüllstutzen automatisch. Gleichzeitig startet ein interner Zähler, der die vorgegebene Reaktionszeit für diese Form herunter laufen lässt. Sind alle Formen gefüllt, ruht die Sektion, bis der letzte Zähler seine Laufzeit erreicht hat.

Zaunelemente öffnen und schließen automatisch

Die Schutzgitter werden ebenfalls über die PC-Steuerung koordiniert. Erst wenn der letzte Timer für die Aushärtezeit abgelaufen ist, öffnet sich die Sektion wieder für den Werker, indem das äußere Zaunelement nach oben gezogen und so der manuelle Zugriff auf die Formenträger ermöglicht wird. Gleichzeitig schließt sich das innere Element, außerdem werden die Formen entriegelt.

Nachdem der Werker die fertigen Produkte entnommen, die Formen gesäubert und zur erneuten Befüllung vorbereitet hat, drückt er einen Knopf, woraufhin sich die Gitter schließen und der Roboter seine Arbeit wieder aufnehmen kann. Nach jedem Durchgang reinigt der Roboter seinen Einfüllstutzen an einer im Innenraum der Anlage integrierten Bürste, um Verunreinigungen beim neuen Befüllvorgang zu vermeiden.

Der gesamte Vorgang wird über ein Betriebsdatenerfassungssystem (BDE) erfasst und in einer Excel-Tabelle dargestellt. So lassen sich jederzeit die Dauer der Produktion sowie die Anzahl und Art der produzierten Artikel auswerten. Zu diesem Zweck ist der Rechner an das Firmennetzwerk angeschlossen. Die Eingabe der jeweiligen aktuellen Produktionsdaten (pro Durchgang) erfolgt manuell am Steuerungs-PC.

Eine Anbindung an ein ERP-System wäre hier nicht sinnvoll gewesen, da beispielsweise das Teachen des Roboters sowie die Entnahme der gefertigten Teile sowieso manuell erfolgen müssen. Zusätzlich wurde ein Formzähler in die Anlage integriert, an dem der Werker jederzeit ablesen kann, wie viele Durchgänge bereits absolviert und wie viele Produkte schon gefertigt wurden.

Drei Sektionen gewährleisten kontinuerlichen Umlauf

Da sich in der Anlage drei Sektionen befinden, wurde ein kontinuierlicher Umlauf geschaffen: Eine der Sektionen wird vom Werker vorbereitet, eine andere befüllt, die dritte Sektion ruht. Die Zusammenfassung von Formen je Sektion, die eine ähnliche Reaktionszeit haben, sorgt dabei für einen optimierten Umlauf. Theoretisch lassen sich zu jedem Zeitpunkt an den 15 Arbeitsplätzen bis zu 15 verschiedene Teile fertigen; auch Produkte, die aufgrund ihrer Größe zwei Formen beanspruchen, oder auch mehrere Teile in einer Form.

Bei einem Produktwechsel nimmt der Werker den entsprechende Formenträger - insgesamt verfügt MKG über 100 verschiedene aktive Schäumformen - mittels Handhubwagen aus dem Karree heraus und wechselt die Form außerhalb der Anlage. Nach der Wiedereingliederung des Trägers werden die Koordinaten aller Einfüllstutzen und Verschluss-Spanner im Teach-In-Verfahren angefahren und gespeichert. Mit diesem Konzept der roboterunterstützten Teilautomatisierung konnte MKG den Durchsatz in diesem Produktionsbereich um ein Vielfaches steigern.

Darüber hinaus wurden durch die exakte Einstellung von Füllmenge, Aushärteund Schließzeit eine konstant hohe Qualität und weniger Materialverbrauch erreicht. Reinhard Schotter, Technischer Leiter im Unternehmen, hierzu: „Die von uns errechneten Rationalisierungsmaßnahmen kommen voll zur Geltung. Durch verbesserten Personaleinsatz, eine kürzere Einrichtungszeit und eine Erhöhung der Ausbringungsmenge konnte eine extrem kurze Amortisationszeit von dreieinhalb Jahren erreicht werden. Darüber hinaus ist es für uns erstmals möglich, die Leistung dieses Fertigungsbereiches zu dokumentieren und auszuwerten."

Der Anlagenlieferant könnte sich zukünftig noch einen weiteren Ausbau der Anlage vorstellen: So wäre problemlos eine Anbindung der Mischmaschine an das System und somit eine vollautomatische Steuerung des Mischvorganges realisierbar; ebenfalls ließe sich das Teach-In-Verfahren mittels einer Kameralösung automatisieren.