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Roboter-Bearbeitungszelle für hochwertige Kunststoffprodukte - Flexibler Fräsen

16. Mai 2017

Eine innovative Roboter-Fräszelle sorgt beim europäischen Marktführer für Regenwassernutzung für ein Höchstmaß an Flexibilität und Wirtschaftlichkeit in der Fertigung. Zudem setzt die neue Anlage Maßstäbe in der Bearbeitungsqualität und macht Nachbearbeitungen überflüssig.

YASKAWAs six-axis robot with high path accuracy performs milling operations in top quality / Der Sechsachser von YASKAWA erledigt dank hoher Bahngenauigkeit Fräsarbeiten in erstklassiger Qualität

With a high range of motion the MOTOMAN MS80W covers an extremely wide working range / Der MOTOMAN MS80W deckt mit seiner hohen Reichweite einen sehr großen Arbeitsbereich ab

Oliver Würfel, Managing Director of CNC-Automation Würfel, succeeded in a user-friendly configuration of the system control / Oliver Würfel, Geschäftsführer der CNC Automation Würfel, ist es gelungen, die Bedienung der Anlage überaus anwenderfreundlich zu gestalten

Graf plant manager Jürgen Keßler is enthusiastic about the performance of the milling cell / Graf-Werksleiter Jürgen Keßler ist von der Performance der Fräszelle begeistert

The high-quality Barrica rainwater barrel with a robot-milled lid is very popular / Das hochwertige Barrica Regenfass mit robotergefrästem Deckel erfreut sich großer Beliebtheit (Source/Quelle: Graf)

Die Otto Graf GmbH mit Stammsitz in Teningen bei Freiburg zählt zu den Pionieren in Sachen Regenwassernutzung. Der 1962 gegründete Kunststoffverarbeiter hat sich in über fünf Jahrzehnten zu einem prosperierenden Unternehmen mit weltweit rund 450 Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von rund 95 Millionen Euro entwickelt.

Heute bietet Graf ein Komplettprogramm an Kunststofferzeugnissen für die Wasserbewirtschaftung. Vom Regenfass über Versickerungssysteme und Retentionszisternen bis hin zu Abscheidern und Löschwasserbehältern reicht das Produktspektrum. Im 130-seitigen Produktkatalog sollten sowohl private wie kommunale Kunden Lösungen für alle nur denkbaren Nutzungsmöglichkeiten von Regenwasser finden.

Eben diese Vielfalt an Produkten ist es, die ein Höchstmaß an Flexibilität in der Fertigung erfordert. Neue Technologien sind gefragt, die die Bearbeitung der im Spritzguss- und Blasformverfahren hergestellten Produkte nicht nur flexibler, sondern auch schneller und wirtschaftlicher macht – selbstverständlich unter Einhaltung höchster Qualitätsstandards.

Was das für die Fräsbearbeitung einzelner Produktgruppen bedeutet, bringt Jürgen Keßler, Werksleiter am Graf-Firmensitz Teningen, auf den Punkt: „In unserer Fertigung fallen zunehmend komplexe Fräsbearbeitungen an. Dabei haben wir es nicht nur mit stark schwankenden Losgrößen zu tun, sondern auch mit unterschiedlichen Kunststoffqualitäten bis hin zu glasfaserverstärkten Materialien. Unter diesen Voraussetzungen und unter Berücksichtigung der bestehenden Qualitätsansprüche kristallisierte sich ein Sechsachsroboter als ideale Lösung heraus.“

 

Eine Roboterzelle für alle Aufgaben

Mit der in Singen am Bodensee ansässigen CNC-Automation Würfel war der geeignete Systemintegrator für die Umsetzung des Projektes Roboter-Fräszelle schnell gefunden. Das Team um Firmeninhaber Oliver Würfel kann bereits auf eine Vielzahl erfolgreich realisierter Automationslösungen zurückblicken. „Die Besonderheit bei dieser Roboterzelle bestand in einer möglichst flexiblen Auslegung ohne die künftigen Aufgabenstellungen im Detail zu kennen. Natürlich gibt es zwei unterschiedliche Produkte, für die die Anlage konkret auszulegen war. Aber: Bei der Innovationskraft von Graf ist es nur eine Frage der Zeit bis zusätzliche Varianten oder neue Produkte hinzukommen“, so Würfel.

Beim Blick auf die Anlage wird deutlich, wie CNC-Automation die bestehenden Anforderungen in die Praxis umsetzte. Als Flexibilitätsgarant schlechthin fungiert der große Motoman MS80W, der mit einer wassergekühlten IMT-Frässpindel ausgestattet ist. Der große Sechsachser deckt mit seiner beachtlichen Reichweite von 2.236 Millimetern einen sehr großen Arbeitsbereich ab. Einschränkungen bei der Bearbeitung aufgrund von ausladenden Bauteildimensionen sind somit nicht zu erwarten.

Weiterer Pluspunkt im Hinblick auf Autonomie: Die Zelle verfügt über eine automatische Werkzeugwechselstation mit Fräser-Bahnhof, an dem sich der Yaskawa-Roboter das benötigte Werkzeug selbst abholt. Hinzu kommt ein Mix aus Automation und Handarbeit: „Wir haben die Vorgänge automatisiert, die manuell nur umständlich oder zeitintensiv auszuführen sind, setzen aber bei einfachen Arbeiten wie der Bestückung der Zelle auf Handarbeit. Gerade diese hybride Auslegung sorgt für ein Höchstmaß an Effizienz und Flexibilität“, verrät Keßler.

 

Von der Einzelbearbeitung bis Losgröße 1.000 und mehr

Die zwei Produkte, die seit Inbetriebnahme im vierten Quartal 2016 auf der Anlage laufen, könnten unterschiedlicher nicht sein: Da ist das im Extrusionsblasverfahren hergestellte Kunststoff-Regenfass Barrica, an dessen verschließbarem Deckel der Yaskawa-Roboter den Bajonettverschluss fräst. Aufgabe Nummer zwei besteht im Fräsen von Zugängen für Rohrleitungen an Schachtkomponenten aus glasfaserverstärktem Polypropylen für ein  unterirdisches Versickerungssystem.

So unterschiedlich wie die auf der Anlage gefrästen Produkte, sind auch deren Losgrößen. Dazu Keßler: „Bei der Produktion des Blasformproduktes Regenfass Barrica entstehen in 10 bis 12 Arbeitstagen 5.000 bis 7.000 Artikel. In diesem Fall fräst der Roboter wochenlang die Bajonettverriegelung des Fassdeckels. Anders bei den Versickerungssystemen, die kundenauftragsbezogen gefertigt werden. Hier sind wir beim Fräsen nahe Losgröße 1. Für die Praxis heißt das: Die Umrüstvorgänge variieren von Null in der Woche bis hin zu mehrmals täglich.“

Um die Umrüstvorgänge und die Programmierung der Anlage so einfach wie möglich zu gestalten, hat CNC-Automation auf die ganzheitliche Kompetenz des Yaskawa Konzerns zurückgegriffen. Das fängt bereits bei der Programmierung der Anlage an. Die Fräsbahnen lassen sich sehr bedienerfreundlich offline am PC über die CAD-CAM-Funktion der Yaskawa-Software MotoSim VRC erstellen und per Mausklick auf die Anlagensteuerung übertragen. Die Bedienung der Fräszelle in der Fertigung ist dann auch ohne tiefgreifendes Fachwissen möglich. Ein Touchpanel der Yaskawa-Tochter Vipa zeigt alle wichtigen Informationen im Klartext an. Dank dieser übersichtlichen Visualisierung kann jeder Mitarbeiter nach kurzer Einweisung die Bedienung der Zelle übernehmen.

 

Werkzeugverschleiß wird zur Herausforderung

Ein weiterer Aspekt, der sich im Probebetrieb der Anlage als echte Herausforderung erwies, war der Werkzeugverschleiß, der im Gegensatz zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe bei der Kunststoffbearbeitung gerne unterschätzt wird. Ein Fehler, der den erfahrenen Projektbeteiligten in diesem Fall zwar nicht unterlief, aber dennoch für Kopfzerbrechen sorgte: „Insbesondere das Fräsen der glasfaserverstärkten Kunststoffe entpuppte sich als „Werkzeugkiller“. In aufwendigen Testreihen mit unterschiedlichen Werkzeugen diverser Hersteller und Versuchen mit allen erdenklichen Spindeldrehzahlen und Schnittgeschwindigkeiten fanden wir schlussendlich aber eine prozesssichere Lösung“, so Würfel.

Da Graf bei allen Erzeugnissen großen Wert auf Qualität als Differenzierungsmerkmal zu Billigprodukten legt, ist eine erstklassige Ausführung der Fräsarbeiten Pflicht. Insbesondere bei den hochwertigen Regenfässern liegt der gefräste Bajonettverschluss im Sichtbereich und wird als Qualitätsmerkmal wahrgenommen. „Kunden, die sich für unser ästhetisches Regenfass in Holzoptik entscheiden, haben zu Recht hohe Ansprüche an die Qualität. Der Sechsachser von Yaskawa kann dank seiner hohen Bahntreue und seiner vorbildlichen Wiederholgenauigkeit von 0,07 Millimetern die bestehenden Qualitätsanforderungen problemlos erfüllen. Die Fräsungen sind so präzise, dass keine Nacharbeiten am Bajonettverschluss nötig sind“, so Keßler.

Auch in allen weiteren Punkten erreicht oder übertrifft die innovative Roboter-Fräszelle die in sie gesetzten Erwartungen. Sie läuft prozesssicher mit maximaler Verfügbarkeit bei Bedarf im Drei-Schicht-Betrieb rund um die Uhr. Aber es ist nicht nur die Wirtschaftlichkeit der Roboterlösung, die Kessler von der Zukunftsfähigkeit dieser Investition überzeugt: „Das Roboterfräsen erlaubt die Ausführung dreidimensionaler Bewegungsmuster innerhalb eines sehr großen Arbeitsbereiches nahezu ohne Einschränkungen. Ein Vorteil, der zu mehr konstruktiver Freiheit in unserer Produktentwicklung führt und so die Entwicklung neuer, innovativer Graf-Produkte begünstigt“, betont Keßler.

Text & Bilder: Ralf Högel

 

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