Produktionszelle für Mehrkomponenten-Spritzguss Modulare Fertigung für varianten­reiche Bauteile

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Wittmann Battenfeld GmbH

Reinert Kunststofftechnik GmbH & Co. KG

Reinert Kunststofftechnik, Maier Maschinen- und Werkzeugbau und Wittmann Battenfeld haben eine automatisierte Produktionszelle für Sicherungskästen entwickelt. Sie integriert Einlege-, Spritzgieß-, Montage- und Prüfprozesse in einem flexiblen System. Modulare Komponenten ermöglichen Anpassungen an unterschiedliche Bauteilvarianten.

Um Sicherungskästen für landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge wirtschaftlich zu fertigen, setzt Reinert Kunststofftechnik auf eine hochintegrierte Produktionszelle. Die Automatisierung sorgt für gleichbleibende Qualität, während modulare Konzepte die Anlage flexibel halten. So können verschiedene Varianten des Produkts ohne größere Umrüstzeiten gefertigt werden. „Oft sind wir auch als Entwicklungspartner gefragt, vor allem dann, wenn es kniffelig wird“, sagt Jürgen Hahn, Geschäftsführer von Reinert Kunststofftechnik. Dies war auch in diesem Projekt der Fall, da zahlreiche technische Herausforderungen bewältigt werden mussten. Die Entwicklung der Produktionszelle erfolgte in enger Kooperation mit Maier Maschinen- und Werkzeugbau sowie Wittmann Battenfeld. Während Maier den Produktionsprozess und die Automatisierung konzipierte, lieferte Wittmann Battenfeld die Robotik. Reinert steuerte sein Know-how im Kunststoffspritzguss und in der Prozessintegration bei. Durch die enge Abstimmung konnte eine Lösung entwickelt werden, die den hohen Anforderungen an Effizienz und Flexibilität gerecht wird.

Wie die Entwicklung und Zusammenarbeit zwischen den Partnern verlief

Die Entwicklung der Produktionszelle erfolgte schrittweise in enger Abstimmung zwischen den drei Unternehmen. Bereits in der Konzeptphase wurden Anforderungen und Herausforderungen gemeinsam definiert. „Herr Klement kam mit einer CAD-Zeichnung des Bauteils zu uns“, erinnert sich Alen Cevra, Geschäftsführer von Maier Maschinen- und Werkzeugbau. Weniger als ein Jahr später war die hochautomatisierte Produktionszelle abgenommen und einsatzbereit. Maier entwickelte die mechanische Konstruktion und das Automatisierungskonzept, Wittmann Battenfeld steuerte die Robotertechnologie bei, während Reinert seine Erfahrungen aus bisherigen Produktionsprojekten einbrachte.

Hand in Hand schneller ans Ziel

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Regelmäßige Abstimmungstreffen und Simulationen halfen dabei, frühzeitig potenzielle Probleme zu erkennen und zu beheben. „Der Schlüssel liegt in der Kommunikation. Wir können offen miteinander reden, auch wenn es mal knirscht, und wir wissen alle, dass wir uns aufeinander verlassen können“, betont Andreas Schramm, Geschäftsführer von Wittmann Battenfeld Deutschland.

Welche Herausforderungen galt es zu meistern?

Neben dem Kostendruck und der großen Variantenvielfalt musste sichergestellt werden, dass die Produktionszelle für weitere Produkte nutzbar ist. Die Anforderungen umfassten eine schnelle Umrüstbarkeit, hohe Präzision und eine durchgängige Qualitätssicherung. Ein besonderer Fokus lag auf der Abstimmung zwischen den einzelnen Prozessschritten, da jede Komponente exakt positioniert und montiert werden muss. „Das ist der Trend“, erklärt Alen Cevra. „Gerade hier in Deutschland haben wir es immer öfter mit einer hohen Produktvarianz und entsprechend kleinen Losgrößen zu tun.“ Das erforderte einfache und schnelle Rüstprozesse sowie eine flexible Anpassung der Produk­tionszelle an neue Anforderungen.

Die Herausforderung bestand insbesondere in der Kombination verschiedener Produktionsschritte in einer einzigen Anlage. Mechanische Toleranzen, thermische Einflüsse und unterschiedliche Materialeigenschaften mussten berücksichtigt werden, um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Auch der Materialfluss innerhalb der Zelle stellte eine komplexe Aufgabe dar, da verschiedene Varianten ohne manuelle Eingriffe gefertigt werden sollten. Ein weiteres wichtiges Kriterium war die Prozessstabilität bei schwankenden Umgebungstemperaturen. Insbesondere die Kombination aus Kunststoffspritzguss und Metallkomponenten erfordert eine präzise Abstimmung der Materialausdehnung und der Fügeprozesse. Hierbei war eine enge Abstimmung zwischen den Unternehmen notwendig, um Toleranzen zu minimieren und eine hohe Wiederholgenauigkeit sicherzustellen.

Anpassung an verschiedene Produktvarianten

Da die Produktionszelle für 18 verschiedene Varianten genutzt werden soll, wurde ein System aus modularen Werkzeugeinsätzen entwickelt. Die Maschinensteuerung erkennt automatisch, welches Werkzeug eingesetzt ist, und passt die Prozessparameter entsprechend an. Dies ermöglicht eine Umstellung der Produktion innerhalb weniger Minuten ohne aufwendige mechanische Umrüstungen. Zusätzlich wurden austauschbare Greiferlösungen für die Roboter entwickelt, um den unterschiedlichen Geometrien der Sicherungskästen gerecht zu werden. Ein zentrales Steuerungssystem koordiniert den Wechsel der Greifer und stellt sicher, dass jede Komponente korrekt gehandhabt wird.

Wie funktioniert der Fertigungsprozess im Detail?

Der Produktionsablauf beginnt mit dem manuellen Einlegen von Metalleinlegern in wechselbare Trays. Diese Trays werden in das Automatisierungssystem eingespeist, das die Einleger an einen Sechsachsroboter übergibt. Dieser positioniert die Buchsen und Schrauben exakt in einem Raster, bevor sie vom Linearroboter aufgenommen und in das Werkzeug der Spritzgießmaschine eingelegt werden. Parallel dazu entnimmt der Roboter fertige Bauteile und führt sie der nächsten Prozessstufe zu. Das Zweikomponenten-Spritzgießverfahren ermöglicht es, die Sicherungskästen in einem einzigen Zyklus zu formen. Zunächst wird die Hartkomponente aus glasfaserverstärktem Polyamid gespritzt, anschließend erfolgt das Umspritzen mit thermoplastischem Elastomer (TPE), das die Dichtung bildet. Dadurch entfällt ein zusätzlicher Montageschritt.„Ist dieser Bereich vollständig gefüllt, passt auch der Rest der Dichtung“, erklärt Fabio D’Amato, Betriebsleiter von Maier.

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Nach der Spritzgießphase erfolgen mehrere Prüfungen. Die Kameraerkennung stellt sicher, dass alle Komponenten korrekt positioniert sind und keine Defekte vorliegen. Zusätzlich werden Dichtheitstests durchgeführt, um die Funktion der TPE-Komponente zu über-prüfen. Die gesammelten Daten werden in einem zentralen System gespeichert, um eine lückenlose Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten. Um den hohen Qualitätsstandards gerecht zu werden, wurde eine Kombination aus optischer Inspektion, mechanischen Prüfungen und elektrischen Tests implementiert. Dies stellt sicher, dass jedes gefertigte Bauteil die Anforderungen an Haltbarkeit und Funktion erfüllt.

Zukunftsperspektiven der ­Produktionszelle

Die Produktionszelle ist für eine Jahresproduktion von bis zu 400.000 Baugruppen ausgelegt. In der Vorserie werden zunächst 50.000 Sicherungskästen gefertigt. Sobald die Nachfrage steigt, kann die Anlage weiter skaliert werden. „Das Grundkonzept der Produk­tionszelle hält uns alle Möglichkeiten offen“, betont Christoph Klement. Durch die Option, die manuell bestückten Trays durch Rütteltöpfe, Bunker und Vereinzeler zu ersetzen, kann die Produktionszelle langfristig bis zu acht Stunden autonom arbeiten. Dies sichert eine hohe Effizienz und eine kontinuierliche Optimierung der Fertigungsprozesse.

Die enge Zusammenarbeit zwischen Reinert, Maier und Wittmann Battenfeld wird auch in Zukunft eine Schlüsselrolle spielen. Langfristig ist zudem geplant, die Anlage durch zusätzliche Automatisierungsschritte weiterzuentwickeln, um noch mehr Produk­tionsprozesse in die Zelle zu integrieren. Dies umfasst beispielsweise erweiterte Prüfmethoden, neue Werkstoffkombinationen und eine noch höhere Standardisierung der Fertigungsprozesse. „Wir sehen hier noch viel Potenzial für Weiterentwicklungen“, erklärt Christoph Klement.