Roboter Stoßfänger in einer Anlage Stanzen und Kleben

Autor / Redakteur: Klaus Scholl / Mag. Victoria Sonnenberg

Eine steigende Modellvielfalt, kürzere Produktlebenszyklen und sinkende Losgrößen fordern die Automobilindustrie heraus, die Produktion flexibler zu gestalten. Eine robotergestützte Produktionsanlage soll die Fertigung von Pkw-Stoßfängern im Sinne der sich verändernden Anforderungen deutlich effizienter gestalten.

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Auf der Produktionsanlage kann auf nur 30 m² eine unbegrenzte Anzahl an Modellderivaten bearbeitet werden.
Auf der Produktionsanlage kann auf nur 30 m² eine unbegrenzte Anzahl an Modellderivaten bearbeitet werden.
(Bild: Indat Robotics)

Die Automobilhersteller setzen verstärkt auf die zunehmende Individualisierung ihrer Produkte. Diese wachsende Variantenvielfalt ist immer schwieriger zu beherrschen und erfordert eine wesentlich flexiblere Gestaltung der Fertigung, um sämtliche Modellderivate sowohl in kurzer Zeit als auch wirtschaftlich produzieren zu können. Anhand der Fertigung von Pkw-Stoßfängern beispielsweise lassen sich die Probleme herkömmlicher Prozesse und die künftigen Anforderungen gut darstellen. In die Kunststoff-Stoßfänger müssen nach dem Spritzgießen und Lackieren Öffnungen mit einer Prägung zum Beispiel für die Aufnahme der Sensoren der Einparkhilfe gestanzt und deren Halter von hinten verklebt beziehungsweise verschweißt werden.

Alle drei Jahre neue Maschinen

Heute kommen dazu Einzelmaschinen mit einer Abmessung von circa 4 m × 2 m zur Anwendung. Da bei diesen Maschinen der Wechsel auf unterschiedliche Werkzeuge und Aufnahmen mit hohen Rüstzeiten verbunden ist, wird in der Regel für jeden Werkstücktyp eine solche Stanz-/Klebemaschine angeschafft. Da ein typischer moderner Pkw mindestens drei verschiedene Frontgesichter mit entsprechend drei verschiedenen Stoßfängertypen hat, müssen mindestens auch jeweils drei Maschinen für die Front- sowie für die Heckvarianten beschafft werden. Der Zyklus der Modellpflege im Automotive-Bereich von neuen Autos beträgt maximal drei Jahre. Die Lieferbarkeit der Stoßfänger beträgt mindestens 10 Jahre nach EOP. Das heißt also: Alle drei Jahre müssen entsprechend viele neue Stanz-/Klebemaschinen neu angeschafft werden und diese Anlagen müssen mehr als 10 Jahre bereitstehen und funktionsfähig sein. Der Service- und Platzbedarf ist hoch, von den Kosten ganz zu schweigen. Im Zuge einer weiteren Individualisierung der Produktion stößt man früher oder später an Grenzen.

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Im Auftrag eines führenden Automobilherstellers hat die auf Turnkey-Produktionsanlagen spezialisierte Indat Robotics GmbH ein neues Konzept für eine Anlage entwickelt, das den herkömmlichen Produktionsprozess geradezu revolutioniert, da sie eine unbegrenzte Anzahl an Stoßfängerderivaten bearbeiten kann und dabei mit nur knapp 30 m² Produktionsfläche auskommt. Das robotergestützte Produktionssystem ermöglicht nicht nur das Stanzen der Löcher für zum Beispiel PDC-Sensorik, Waschdüsen oder Reflektoren, sondern im selben Fertigungsschritt auch das Verkleben der entsprechenden Bauteile beziehungsweise der nötigen Halterungen. Stanzen und Kleben wurden dabei als eine vollautomatische Maschinenlösung mit zwei Robotern konzipiert. Die komplette Anlage wurde von der Prozessanalyse über die Konstruktion und Softwareentwicklung bis zur Inbetriebnahme als schlüsselfertige Lösung geliefert, mittlerweile sind sechs dieser Produktionssysteme beim Hersteller in Betrieb.

Von Anfang an gefordert war eine Flexibilität und Redundanz für mindestens 12 Stoßfängerderivate sowie eine Ausbringungsleistung von 30 s pro Stoßfänger auf zwei Bearbeitungslinien. Das Umrüsten auf ein neues Derivat darf keinen Einfluss auf die Ausbringungsleistung haben. Des Weiteren musste eine Roboterzelle auf eine relativ kleine Fläche von nur 3 m × 10 m ausgelegt werden. Bereits 2010 entwickelt Indat gemeinsam mit dem Zulieferer Magna eine Anlage für das Stanzen von Kunststoff-Stoßfängern.

Wesentliche Komponenten der neuen Anlage sind eine drehbare Doppelstanze mit Klebevorrichtung und zwei Handlingroboter. Während der vordere Roboter die Handhabung des Stoßfängers übernimmt, führt der hintere zeitgleich, also taktzeitneutral, den Werkzeugwechsel an der aktuell inaktiven Seite der Doppelstanze durch. Als Aufspannvorrichtung spezifisch für ein Stoßfängerderivat dienen Warenträger, die in einem Regal liegen. Beim Start der Anlage holt der Roboter einen der Warenträger und präsentiert diesen dem Werker. Der legt den Stoßfänger auf und bestückt eine spezielle Aufnahmeschiene, die Teil des Warenträgers ist, mit Sensorhaltern. Anschließend bewegt der Roboter den Warenträger mit der Aufnahmeschiene zur Stanzanlage, übergibt die Aufnahmeschiene an eine vertikale Zuführachse und positioniert den Warenträger mit dem Stoßfänger in der Stanzanlage.

Exakte Orientierung der Klebehalter

Mit hoher Präzision werden die Löcher gestanzt und in gleicher Position die Bauteilhalter für PDC-, SPRA- und andere Sensoren verklebt. Damit ist die geforderte exakte Orientierung der Klebehalter zum Stanzloch im Einzehntelmillimeter-Bereich möglich. Parallel erfolgt der Wechsel des Stanzwerkzeuges im Hintergrund durch den anderen Roboter. Die Stanzseite mit dem neuen Werkzeug wird nach vorn gedreht und der Warenträger für die nächste Stanzung ausgerichtet. Nach diesem Schema werden alle ausstattungsgemäßen Sensorhalter eingebracht. Am Schluss entnimmt der Werker den fertigen Stoßfänger aus dem vom Roboter präsentierten Warenträger.

Praktisch kann die Stanzanlage unendlich viele Derivate fertigen und ist damit langfristig nutzbar, auch bei kleinen Losgrößen. Da auch ältere Modelle bearbeitet werden können, muss keine alte Anlage nach 15 bis 20 Jahren erneut betrieben werden. MM

* Klaus Scholl ist Leiter Marketing & Vertrieb bei der Indat Robotics GmbH in 65462 Ginsheim-Gustavsburg, Tel. (0 61 34) 56 48-0, klaus.scholl@Indat.net

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