Automobilbau Roboterbasierte Wasserstrahlschneidanlage bearbeitet Pkw-Heckdeckel in 230 s

Saubere Schnittkanten und keine thermische Schädigung, das sind die wichtigsten Argumente für das Wasserstrahlschneiden. Deshalb wird das kalte Trennverfahren auch für das Beschneiden der Innenschale des Heckdeckels beim VW Eos eingesetzt. In dieses SMC-Bauteil werden 150 Ausbrüche und Bohrungen eingebracht.

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ABB Automation GmbH, UB Robotics

Autobauer und deren Zulieferer setzen verstärkt auf glasfaserverstärkte Kunststoffe. So auch der im portugiesischen Palmela angesiedelte Automobilzulieferer Inapal Plasticos bei der Fertigung des Heckdeckels für das VW- Cabriolet Eos. Für den Beschnitt der komplex geformten SMC-Pressteile sorgt eine robotergestützte Wasserstrahlschneidanlage von KMT Robotic Solutions. Die Industrieroboter, zwei IRB 2400 von ABB, bringen an jedem Heckdeckel in nur 230 s über 150 Ausbrüche und Bohrungen an.

Ein Highlight des VW Cabriolets ist das CSC-Dachsystem, das die Eigenschaften von Coupé-, Schiebe- und Cabrioletdach zusammenfasst. Auf Knopfdruck lässt sich die aus fünf Teilen bestehende Konstruktion innerhalb von nur 25 s im Kofferraum versenken. Eine Besonderheit ist auch der aus SMC (Sheet Moulding Compound) gefertigte Heckdeckel. Was man später nicht mehr sieht, sind die vielen Ausbrüche und Bohrungen seiner Innenschale zur Aufnahme der komplexen Mechanik und Kabeldurchführungen.

SMC-Halbzeuge werden mit Fließpressen zu komplexen Bauteilen

Wichtige Ziele im heutigen Automobilbau sind Energieeinsparung und die Reduktion klimaschädlicher Abgase wie CO2. Deshalb sind die Autobauer bestrebt, ihre Fahrzeuge leichter zu machen, und setzen auf innovative Werkstoffe wie SMC. Diese Pressmassen enthalten vorgemischte, vernetzungsfähige Polyester- oder Vinylesterharze, mineralische Füllstoffe wie Kreide und Gesteinsmehl, Additive zur Steuerung der chemischen Vernetzung sowie etwa 30% Glasfaseranteil. Die Verarbeitung der meist in Folien oder Groß-Coils angelieferten SMC-Halbzeuge zu technisch anspruchsvollen, komplexen Bauteilen erfolgt per Fließpressen. SMC-Bauteile zeichnen sich durch hohe mechanische Werte bei geringem Gewicht und günstige elektrische Eigenschaften für den Einbau von Antennen und anderen elektronischen Bauteilen aus.

Inapal Plasticos beauftragte den Pressenspezialisten Dieffenbacher mit der Lieferung von zwei automatischen Fertigungslinien zur Produktion der Heckdeckel. Kern einer jeden Produktionslinie ist eine Hochgeschwindigkeitspresse der Modellreihe Compress DC-U 2100/1800 AS, unterstützt von je drei Industrierobotern IRB 6600 von ABB. In jeder Linie sorgen zwei Roboter für schnelles und genaues Handling der SMC-Teile, während der dritte nach jedem Pressvorgang die Formwerkzeuge reinigt und von etwaigen Rückständen befreit. Den Beschnitt der fertig gepressten Teile übernimmt eine robotergestützte Wasserstrahlschneidanlage des Systemintegrators KMT Robotic Solutions. Dort arbeiten zwei ABB-Roboter IRB 2400.

Hohe Schnittleistungen und saubere Schnittkanten bei staubfreier Arbeitsweise

KMT Robotic Solutions ist ein Systemintegrator für Roboteranwendungen. Die Anwendungspalette reicht vom Handling über das Schweißen, Fräsen und Reinigen bis hin zum robotergestützten 3D-Wasserstrahlschneiden. Bei einem Druck von über 4200 bar ist der Wasserstrahl ein produktschonendes Werkzeug. Hohe Schnittleistungen und saubere Schnittkanten sowie eine staubfreie Arbeitsweise kennzeichnen das Verfahren. Vor allem aber bietet es im Vergleich zum konventionellen Sägen, Bohren und Fräsen signifikante Vorteile beim Trennen und Beschneiden von Kunststoffen und Verbundmaterialien.

Als kaltes Trennverfahren arbeitet es ohne thermische Schädigung des Materials an den Schnittkanten. Dank des genau geführten und feinen Wasserstrahls kommt es nur zu vernachlässigbar wenig Verschnitt und bei Composite-Werkstoffen entfällt das sonst so gefürchtete Delaminieren. Typische Anwendungen des Verfahrens sind das Beschneiden von Instrumententafeln, Kofferraum- und Türseitenverkleidungen, Motorraumabdeckungen, Mittelkonsolen, Hutablagen und anderen komplexen Formteilen aus Kunststoffen und Textilien. Die in vielen Applikationen gewonnenen Erfahrungen kommen jetzt auch dem Bearbeiten der SMC-Heckdeckel des Eos zugute.

Dank ausgeklügelter Software behindern sich die Roboter nicht gegenseitig

KMT installierte bei Inapal Plasticos als Roboterzelle eine Cutting Box Original IV mit zwei Robotern in hängender Konfiguration inklusive integriertem Unterdruck-Spannsystem, Saugluft-Förderanlage und Fliehkraft-Abscheider. Bei dem Prozess führen die beiden in der Schutzart IP67 ausgeführten Roboter die Hochdruckwasserstrahl-Schneiddüsen entlang vorprogrammierter Bahnen über das Bauteil mit seinen komplexen 3D-Formen. Dabei arbeiten sie unabhängig voneinander. Eine ausgeklügelte Software und intelligente Steuerungstechnik sorgen dafür, dass sich die Roboter nicht gegenseitig behindern. Für den Betrachter wirkt dieser Tanz der Roboter wie eine perfekt einstudierte Choreografie. Das Ergebnis sind kurze Bearbeitungszeiten.

Um die gestellten Toleranzanforderungen zu erfüllen und möglichst niedrige Taktzeiten zu realisieren, entwickelte der Systemintegrator eine neue Applikationssoftware und kalibrierte die Roboter mit einem speziellen Prüfsystem. Dabei war das Kalibrieren der Roboter ein wesentlicher Faktor. Die komplizierten Bewegungsmuster der Roboter simulierte man anhand von 3D-Modellen und optimierte sukzessive die unterschiedlichen Roboterbahnen.

ABB-Roboter zeichnen sich durch besondere Steifigkeit aus

Auf Basis der in der Simulation gewonnenen Daten generierte die Software dann das reale Steuerungsprogramm für die Roboter. Das Anpassen der realen Roboter vor Ort an die virtuellen Ideale der Offline-Programmiersoftware erforderte nur noch einen geringen Arbeitsaufwand. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Steifigkeit der ABB-Roboter im Vergleich zu anderen Anbietern. Dies ist mit eine Voraussetzung für die hohen Bahngenauigkeiten. Diese Eigenschaft verhindert, dass die Roboter bei den gegebenen Bedingungen anfangen zu schwingen.

Die Düse des Hochdruckschneidkopfes hat einen Durchmesser von nur 0,25 mm. Der austretende Wasserstrahl ist im Durchmesser nur unwesentlich größer und dient aufgrund der hohen kinetischen Energie als feines Werkzeug. So schneiden die beiden Roboter über 150 Ausbrüche und Löcher von teilweise nur 4 mm Durchmesser in jedes der gepressten Heckdeckel-Innenteile. Ein Takt dauert lediglich 230 s.

Günter Suffel ist zuständig für den Bereich Roboter und Wasserstrahlschneiden bei der ABB Automation GmbH, Unternehmensbereich Robotics, 61169 Friedberg, Tel. (06031) 85-0, Fax (06031) 85-297, guenter.suffel@de.abb.com

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