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Flexibel, flexibler, flexobot

Die Roboterzelle flexobot mit integriertem KUKA Roboter optimiert den mehrstufigen Bearbeitungsprozess eines nachhaltigen Kunststoff-Bestecks.

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Der Bauteil-Check per Vision-System läuft automatisiert über den Roboter ab.
Der Bauteil-Check per Vision-System läuft automatisiert über den Roboter ab.
(Bild: KUKA Deutschland GmbH)

Die Spritzgussbranche und Plastics-Industrie setzen sich immer mehr mit dem Thema auseinander, nachhaltige, dauerhafte und flexibel einsetzbare Produkte zu fertigen. Wie das gelingen kann, zeigt die Gindele GmbH zusammen mit der Hochschule Reutlingen, der

robomotion GmbH und KUKA am Beispiel eines innovativen Projekts. Dabei wird nachhaltiges Besteck aus Hochleistungskunststoff in einer Spritzgussmaschine gefertigt. Das große Plus: Eine hochflexible Roboterzelle mit integriertem KUKA Roboter übernimmt im Anschluss aufwendige Weiterbearbeitungstätigkeiten wie das Entfernen des Angusses sowie Qualitätskontrolle und Montage.

Weg von Wegwerfprodukten, hin zu nachhaltigem Konsum – das ist ein Weg zur Reduzierung der Umweltbelastungen durch den Menschen. Ende 2018 hat sich auch das EU-Parlament dem Thema angenommen. Demnach sollen ab dem Jahr 2021 viele Wegwerfprodukte aus Plastik verboten werden. Welche Mengen an Plastikmüll allein für Einwegbesteck anfallen, listet die Gesellschaft für Verpackungsforschung auf: Demnach fielen im Jahr 2017 rund 10.000 Tonnen Abfall durch Einwegbesteck in Deutschland an. Ein beträchtlicher Teil davon entfiel auf Messen.

Studierende der Hochschule Reutlingen unter Federführung von Prof. Dr. Steffen Ritter hatten es sich bei einem Projekt für die Moulding Expo 2017 zum Ziel gesetzt, dem ent-gegenzuwirken. „Unsere Projektgruppe hat ein innovatives Essbesteck aus Hochleistungskunststoff entwickelt, das dauerhaft, leicht mitzuführen, flexibel einetzbar, hochfunktional und kompakt ist sowie den hygienischen Anforderungen entspricht“, sagt Steffen Ritter und führt weiter aus: „Wir stellen Messebesuchern ein Produkt zur Verfügung, mit dem sie selbst einen Beitrag zu nachhaltigem, bewusstem Konsum leisten können.“

Hohe Stückzahl und Fertigungstiefe nur durch Automatisierung möglich

Aus dem ursprünglichen Hochschul- ist mittlerweile ein Erfolgsprojekt geworden. Die Nachfrage steigt, die Stückzahlen müssen erhöht werden. „Bei solch komplexen Produk-ten und hohen Stückzahlen muss die Produktion unbedingt automatisiert erfolgen“, sagt Steffen Ritter. Für die K-Messe 2019, wo es das Besteck als Give-Away auf dem KUKA Stand geben wird, haben sich die Hochschule Reutlingen, die Gindele GmbH, die robomotion GmbH und KUKA nun zusammengetan – und zeigen anhand dieses Beispiels, wie die hochkomplexe Automatisierungslösung in der realen Produktionswelt eines Spritzgießunternehmens funktioniert.

Dazu wird der Hochleistungskunststoff in einer Spritzgussmaschine bei der Gindele GmbH in die gewünschte Besteckform gegossen. Die anschließende Entnahme aus der Maschine, das Entfernen des Angusses und die Qualitätskontrolle per Vision-System geschehen ebenfalls automatisiert und zwar durch eine Roboterzelle mit dem Namen flexobot. In dieser Zelle, die das Unternehmen robomotion entwickelt hat, ist ein KUKA Roboter aus der KR AGILUS Baureihe integriert. „Die Zelle ist mit zahlreichen Rüstplätzen für Werkzeuge und Ablageflächen ausgestattet. Zudem ist sie mobil und kann einfach und schnell für verschiedene Tätigkeiten umgerüstet werden“, erklärt Dr. Andreas Wolf, Geschäftsführer der robomotion GmbH.

Roboterzelle vollendet Bearbeitungsprozesse an der Spritzgussmaschine

Die Zusammenarbeit zwischen Roboter und Werkzeugmaschinen sowie Spritzgussma-schinen bietet enormes Potenzial. „Durch die Flexibilität der Roboterzelle kann der Au-tomatisierungsgrad der Tätigkeiten nach dem Spritzgussverfahren deutlich gesteigert werden“, sagt Andreas Wolf und führt zum Roboter weiter aus: „Die Sechs-Achs-Kinematik des KR AGILUS ist äußerst flexibel und kann so auch komplexe Bauteile sicher greifen. Zudem verfügt er über ausreichende Steifigkeit, um den Anguss des Bestecks zu entfernen.“

Bei der Gindele GmbH übernimmt die Roboterzelle genau diese Aufgaben. Das nachhalti-ge Besteck wird in einer Spritzgussmaschine hergestellt. Anschließend entnimmt es der KR AGILUS und führt es zur Prüfung einem Vision-System zu. Da das frisch aus der Spritzgussmaschine kommende Bauteil noch sehr heiß ist, wird es zunächst zum Abkühlen abgelegt. Nach dem Abkühlen greift der Roboter das Bauteil wieder auf und entfernt den Anguss. Dafür ist der KUKA Roboter mit einem 3D-gedruckten Greifer ausgestattet. Die Abtrennung erfolgt an einer separaten Station. Anschließend legt der KR AGILUS das fertige Bauteil in einer Rüsselrutsche oder auf einem Förderband ab.

Matthias Gindele, Geschäftsführer der Gindele GmbH, nennt einen weiteren Vorteil: „Bei uns im Werk ist der Bauraum begrenzt. Der flexobot ist aber schlank genug, um ihn in unmittelbarer Nähe zur Spritzgussmaschine zu positionieren. So kann er möglichst viele Tätigkeiten an Ort und Stelle übernehmen.“

Hochleistungskunststoff stellt besondere Anforderung an die Fertigung

Die Ursprünge des Bestecks reichen einige Jahre zurück. Steffen Ritter stellte seinen Stu-denten an der Hochschule Reutlingen die Aufgabe, ein Give-Away zu entwickeln, dass alle Anforderungen der Nahrungsmittelindustrie erfüllen müsse und zudem multifunktional und nachhaltig sei. Das Projekt mit der Bezeichnung 3-2-eat war geboren. Neben der eigentlichen Produktentwicklung stellten sich den Studierenden zwei Aufgaben: Einen entsprechenden Werkstoff zu finden und ein Werkzeug zu entwickeln, um das Besteck in Form zu gießen. „Unser Hochleistungskunststoff ist aus glasfaserverstärktem Polyamid, den wir in Zusammenarbeit mit dem kunststoffspeziallisten BASF entwickelt haben. Außerdem wurden die Farben eigens für das Projekt von der Granula Deutschland GmbH entwickelt“, erklärt Steffen Ritter. Der Werkstoff weist zwei entscheidende Vorteile auf: Er entspricht den hohen hygienischen und lebensmitteltechnischen Anforderungen und verfügt gleichzeitig über eine hohe Festigkeit. Damit ist das leichtgewichtige Besteck lange nutzbar und wird nicht so schnell weggeworfen. Gefertigt wird das Besteck, indem der thermoplastische Kunststoff plastifiziert wird und unter hohem Druck in die von den Studierenden entwickelten Spritzgussform gespritzt wird.

Projekt mit Zukunft

Mit den bisherigen Ergebnissen der Produktion zeigt sich Matthias Gindele sehr zufrie-den: „Mit dem flexobot in Kombination mit dem KUKA Roboter haben wir eine hohe Fertigungstiefe im Anschluss an die Bearbeitung der Spritzgussmaschine erreicht. Dieses Beispiel zeigt, wie wir hochkomplexe Aufträge vollautomatisiert umsetzen können.“ Da-mit spielt Gindele auch auf die Flexibilität an, denn mit der Roboterzelle ist es möglich, verschiedene Projekte umzusetzen. Zum anderen demonstriert das Projekt, wie Hochleistungskunststoff dabei helfen kann, minderwertige Materialien überflüssig werden zu lassen und so Müll zu reduzieren. Diese Form der Nachhaltigkeit kommt ohne Verbot aus und kann von jedem Einzelnen unterstützt werden.

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