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Faserverstärkte Kunststoffe: Fanuc-Roboter automatisieren SMC-Pressen

Anlage für amerikanischen Automotive-Zulieferer
Faserverstärkte Kunststoffe: SMC-Pressenautomation mit Fanuc-Robotern

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Um die SMC-Anlagen zur Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen für einen Automotive-Zulieferer zu automatisieren, setzt Schmidt & Heinzmann je zwei Fanuc Robotern ein.

Bei seinen Anlagen zur Herstellung von Material oder Bauteilen aus SMC (Sheet Moulding Compound) sieht Michael Ochs, Executive Vice President Vertrieb und Marketingbei Schmidt & Heinzmann, einen klaren Trend zur Automation: „Wir bauen Anlagen zur Verarbeitung von duroplastischen Halbzeugmaterialien wie SMC und Prepreg, die wir an unsere weltweiten Kunden liefern. In den letzten Jahren ist hier ein starker Trend zur Automation bei der Bauteileproduktion erkennbar.“ Auch für einen Hersteller von Pick-up und Truck-Bauteilen in Nordamerika hat Schmidt & Heinzmann die ersten beiden von mehreren SMC-Pressen automatisiert. Denn steigende Stückzahlen und Qualitätsansprüche sind nur noch automatisiert zu bewältigen.

Die Anlage für den Zulieferer beginnt mit Halbzeug in Rollenform. Dabei kommt das Halbzeug zwischen zwei Folien eingepackt, denn die Faser-Harz-Masse ist teilweise ziemlich klebrig. Beim Einziehen in die Anlage werden die Folien abgezogen und das Halbzeugmaterial gelangt in die Schneidmaschine. Dabei kommt die von Schmidt & Heinzmann neu entwickelte Ultraschallschneidtechnik mit einem hochfrequent angeregten Messer zum Einsatz.

Michael Ochs: „Das erlaubt deutlich längere Produktionsintervalle mit weniger Reinigungs- und Wartungsaufwand als bei einem Rundmesser.“ Materialsparend schneidet ein NC-Schneidkopf gemäß Rezeptur die einzelnen Zuschnitte. „Unsere Software stellt dabei einen optimalen Materialnutzungsgrad sicher, was vor allem bei unterschiedlichen Geometrien und Freiformen zum Tragen kommt.“ Wie schnell geschnitten werden kann, hängt von der Materialstärke – das können bei SMC-Matten bis 6 mm sein – und vom Fasergehalt ab. Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 400 mm/sec sind möglich.

Flexibler Nadelgreifer

Die fertigen Zuschnitte greift der Stacking-Roboter und legt sie auf einem Tisch mit integrierter Waage ab. Wo der Roboter genau greifen muss, wird ihm über die Steuerung der Schneidmaschine automatisch mitgeteilt. Das spart enorm viel Zeit beim Einrichten und macht die Anlage sehr flexibel. Die biegeschlaffen Zuschnitte nimmt der Roboter mit einem selbstentwickelten Nadelgreifer auf. Die Nadeleinheiten sind variabel ausgelegt, so dass bei unterschiedlichen Zuschnitten nicht immer auch der Greifer gewechselt werden muss.

Normalerweise greift der Roboter einen Zuschnitt von der Schneidmaschine, bei kleineren Zuschnitten oder großen Lagenanzahlen auch zwei. Die Zuschnitte werden auf einem Tisch mit integrierter Waage abgelegt und gewogen, um eine eventuelle Differenz beim darauf folgenden Zuschnitt automatisch auszugleichen. Dann kommt die nächste Lage. Michael Ochs: „Durch die Gewichtskontrolle und -regelung stellen wir sicher, dass der Zuschnittstapel, der in die Presse kommt, auch das richtige Gewicht hat und gleichmäßige Bauteile produziert werden.“

Die Mattenstapel können je nach Bauteil unterschiedlich hoch sein und bestehen aus bis zu zehn Lagen. Die Masse des Stapels beträgt dann gut 15 bis 20 Kilogramm, bei großflächigen Bauteilen wie der Dachstruktur eines Lkw kommen durchaus auch 30 bis 40 Kilogramm zusammen.

Beladung mit Vakum

Um diese SMC Pakete in das Werkzeug der Presse einzulegen, setzt Schmidt & Heinzmann am Handlingsroboter dann einen Kombi-Greifer mit Fingermodulen zur Beladung und Vakuumsauger zur Entladung des fertigen Bauteils ein. Dass Schmidt & Heinzmann die Greifer selbst konzipiert und baut, hat gute Gründe so Michael Ochs: „In der Regel werden die Greifer dezidiert für ein Bauteil ausgelegt. Je nach Layout und Taktzeitanforderung hat ein Roboter auch mehrere Aufgaben zu erledigen, wie in diesem Fall. Dann integrieren wir diese Aufgaben in einem Kombigreifer, teilweise mit verschiedenen Greiftechniken und mehreren Funktionen.“

Traglast und Reichweite wichtig

Traglast und Reichweite waren deshalb grundlegende Kriterien bei der Auswahl der Roboter. In der Anlage für den Lkw-Zulieferer sind zwei Fanuc Roboter im Einsatz, ein M-410iC und ein M-900iB. „Für den Endkunden der Anlage in den USA war für die Auswahl der Roboter wichtig, dass neben den technischen Anforderungen auch die Life-Cycle Aspekte wie Service, Ersatzteile und Wartung gewährleistet sind. Fanuc ist in den USA hoch akzeptiert und dort Marktführer.“ Zudem hat der Kunde bereits mehrere Fanuc Roboter im Einsatz und geschultes Personal sowie positive Erfahrungen mit Wartung und Service.

Der Palettierroboter M-410iC übernimmt in der Anlage das Stacking der Zuschnitte zwischen Schneidmaschine und Wiegetisch. Der Roboter bewältig Traglasten bis 700 kg mit einer Reichweite von bis zu 3,1 m. Und ein Fanuc-Roboter M-900iB ist für die Be- und Entladung der Presse zuständig. Nach erfolgter Entladung des vorangegangenen Bauteils greift er sich den Zuschnittstapel und legt ihn in die Presse ein. Das bei rund 200°C fertig „gebackene“ Bauteil entnimmt er anschließend aus der Presse und legt es entweder in eine Abkühlstation oder gleich zum automatischen Abtransport auf ein Ausschleuseband.

Vorab-Simulation

Die jeweils optimale Aufstellposition der Roboter in der Anlage wurde am Bildschirm per Simulation ermittelt. S&H-Roboterexperte Thomas Weiß nutzte zur Layoutplanung das 3D-Simulationstool Visual Components und die Fanuc eigene Software Roboguide. Denn eine Anlage in dieser Größenordnung kann kaum nach Augenschein projektiert werden – vor allem, wenn sie in eine vorhandene Produktionsumgebung integriert werden muss. Daher erfasst Schmidt & Heinzmann die komplette Produktionsumgebung vor Ort mittels 3D-Scanner und pflegt die Ergebnisse ins CAD-System ein. Michael Ochs: „Dann können wir dem Kunden schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt seine neue Fertigung in Virtual Reality zeigen, die zukünftige Anlage begehen und belastbare Werte für die Auslegung ermitteln.“

Taktzeit bestimmend in der Anlage ist übrigens die Presse. Zwischen drei und vier Minuten dauert ein Takt, abhängig von der Masse und Wandstärke des Bauteils. Über ein zentrales Control Panel wird die komplette Anlage gesteuert, bedient und überwacht.

Insgesamt plant der Automotive-Kunde alle seine Werke Schritt für Schritt zu automatisieren. „Um Ausbringung und Qualität sicherzustellen, ist eine Automatisierung unerlässlich“, so Michael Ochs. „Es ist eine deutliche Einsparung an Manpower und Kosten.“ Anlagen von Schmidt & Heinzmann sind dafür gut gerüstet.

Kontakt:

Fanuc Deutschland GmbH

Bernhäuser Straße 36

D-73765 Neuhausen a.d.F.

Telefon : +49 (0)7158 1282–0

www.fanuc.de


Wer ist Schmidt & Heinzmann?

Für Besonderheiten hatten schon die Firmengründer von Schmidt & Heinzmann, Bruchsal, etwas übrig. Faxpapier-Maschinen oder Bördelmaschinen für die Bahnindustrie gehörten zum Portfolio. Anfang der 70er Jahre erfolgte die Spezialisierung auf „Composite Equipment & Machinery“, wie sie auch der komplette Firmenname wiedergibt. In dieser Zeit entwickelte man bei Schmidt & Heinzmann eine erste Halbzeug-Produktionsanlage für einen namhaften Bauteilproduzenten in der näheren Umgebung.

Heute ist Schmidt & Heinzmann mit 150 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern weltweit gefragter Partner in vielen Industriezweigen, in denen es um Maschinen zur Verarbeitung von Composite-Materialien und die Herstellung von Composite-Bauteilen geht. Der Umsatz 2019 belief sich auf rund 20 Mio. Euro.

Die Vielfalt an Materialien, die auf Anlagen von Schmidt & Heinzmann verarbeitet werden, ist fast so breit wie die Anwendungsgebiete: Von der Formel 1 über Luftfahrtindustrie, Zulieferindustrie für den gesamten Transportsektor, Elektro- und Bauindustrie bis zu Sanitärelementen wie Badewannen reicht das Spektrum. Zwischen 50 und 70 Prozent der Produktion entfallen pro Jahr auf Anlagen zur Herstellung von SMC Material oder Bauteilen aus SMC (Sheet Moulding Compound).

Auch wenn zahlreiche Anlagenbestandteile immer wiederkehren, zeichnen sich Anlagen von Schmidt & Heinzmann dabei durch kundenspezifische Konzeption und produktorientierten Aufbau aus. Eine der Voraussetzungen dafür ist eine hohe Fertigungstiefe. Denn das Know-how steckt vor allem im Handhaben und in der Prozesskontrolle der verschiedensten Faserverstärkungen und Halbzeugarten.

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