Kunststoffspritzguss mit der roboterbasierten Spritzgießmaschine

Kunststoffverarbeitung mit Spritzguss ist die Königsdisziplin der Spritzgussverfahren. Das Familienunternehmen Hauff hat die Fertigung von Oberkorbrollen für Spülmaschinen komplett automatisiert. Möglich machen das ein KUKA Roboter und ein multifunktionaler Produktionswürfel.

Spritzgussverfahren mit Kunststoff und großem Know-how in Pforzheim

Wenn Jörg Vetter im Gewerbegebiet im süddeutschen Pforzheim vorfährt, wandert sein Blick hoch zu den Fenstern des Gebäudes. „Ich freue mich jedes Mal, ihn bei der Arbeit zu sehen.“ Die Zelle, die dem technischen Leiter der Kunststoffspritzerei Hermann Hauff GmbH & Co. KG ein Lächeln ins Gesicht zaubert, ist eine Arburg Allrounder Cube 2900-Spritzgießmaschine. Seit 2019 produziert sie bei Hauff Oberkorbrollen für Spülmaschinen. Diese Kunststoffelemente bestehen aus zwei miteinander verbundenen Teilen, einem frei beweglichen Rad und einer fest verbauten Steckbuchse. Die Rollen, die für das leichte Be- und Entladen von Spülmaschinen unverzichtbar sind, werden in der Spritzgussmaschine gegossen. Das Gießen und Montieren erfolgt dabei in einem vollautomatisierten Prozess, den Hauff gemeinsam mit Arburg, dem Hersteller von Spritzgießmaschinen, aufgesetzt hat.

Einzigartige Anlage mit Spritzgießmaschinen in großen Dimensionen

„Unsere Anlage und all die damit zusammenhängenden Prozesse sind einzigartig auf der Welt“, sagt Jörg Vetter, „wir sparen damit vier bis fünf Spritzgussmaschinen ein und entlasten unsere Mitarbeitenden von monotonen Produktionsaufgaben.“ Jährlich stellt Hauff allein für die BSH Hausgeräte GmbH mit dem Cube rund 60 Millionen Bauteile her, in den nächsten drei Jahren soll die Produktion auf bis zu 75 Millionen Stück hochgefahren werden. Das Familienunternehmen wurde 1966 von Hermann Hauff in Pforzheim gegründet und produziert heute unter der Regie der Töchter Andrea Hauff und Carmen Hauff-Bischoff hochwertige Präzisionskunststoffspritzteile und Formen für Spritzgussverfahren. Die Kunden von Hauff kommen aus der Haus- und Gerätetechnik mit ihrer „weißen Ware“, aus dem Automotive-Bereich sowie aus der Medizintechnik.

Die Firma Hauff in Pforzheim stellt Teile aus Kunststoff mit Spritzgussmaschinen her

Hidden Champion mit höchsten Anforderungen im Kunststoffspritzguss

„Wir fangen da in der Kunststoffverarbeitung an, wo andere aufhören“, beschreibt Jörg Vetter die Unternehmensphilosophie. Nach 20 Jahren Betriebszugehörigkeit weiß er: „Eislöffel lassen sich einfach und günstig produzieren. Wenn es aber um anspruchsvolle und filigrane Hightech-Komponenten mit einem Schussgewicht von 0,0004 bis 400 Gramm geht, muss auf Qualität Verlass sein – und das kann einfach nicht jeder.“ Dass dieser Anspruch hier in Pforzheim jeden Tag erfüllt werden kann, dazu trägt neben Arburg auch die robomotion GmbH bei.

Mit hoher Qualität und passendem Werkzeug wird Kunststoff bearbeitet

Der Technologieentwickler ist spezialisiert auf die Konstruktion und den Bau kundenspezifischer Automatisierungslösungen, ganz besonders für die Kunststoffbranche. Bei Hauff sind die Robotik-Experten deswegen gefragte und geschätzte Entwicklungspartner bei der Erstellung automatisierter Produktionsprozesse.

Ein autonomer Prozess als „One Piece Flow“

Die Aufgabenstellung war es, die Herstellung und Montage der Oberkorbrollen für Spülmaschinen neu aufzusetzen mit dem Ziel, höhere Stückzahlen und hohe Effizienz bei gleichzeitig optimaler Ausnutzung der begrenzten Produktionsfläche zu erreichen. Ermöglicht hat das Arburg, mit dem integrierten Reverse Cube von Foboha. „Es ging um den Abschied von manueller Tätigkeit und den Aufbau einer autonomen Produktion von der Spritzgussmaschine auf die Palette – als ‚One Piece Flow‘, also als durchgängigen, nicht unterbrochenen Prozess“, erklärt robomotion Geschäftsführer Andreas Wolf. Gemeinsam mit Jörg Vetter und seinem Team habe Arburg den gesamten Prozess unter die Lupe genommen, um eine Anlage zu entwickeln, die die Maschine für Spritzguss und den Cube von Foboha, die dazugehörigen Roboterzellen sowie die benötigten Greifer und gemeinsam mit robomotion den Palettierer integriert.

Präzision und Schnelligkeit im Bereich Kunststoffspritzguss

Eine maßgeschneiderte Maschine für den Kunststoffspritzguss

„Über zwei Jahre hatte die Entwicklung der Gesamtanlage in Anspruch genommen, allein die Software schlug mit einem Jahr zu Buche“, berichtet Jörg Vetter. „Das war ein ständiges Abwägen und Neuüberlegen.“ Eigens für die speziellen Anforderungen von Hauff hatte Foboha mit dem „Cube“ ein Werkzeug konfiguriert, das die Herstellung zweier Komponenten mit deren Montage verbindet. Der Name der Spritzgießmaschine „Reverse Cube 2900“ ist dabei Programm: Der stählerne Würfel lässt sich um seine Mittelachse gegenläufig drehen, so dass mittels eines speziellen Greifers die hier gegossenen Teile in zwei Arbeitsschritten zusammengeführt werden können, bevor sie über ein Förderband zur Verpackungs- und Palettierungszelle transportiert werden. „Das ist einmalig auf der Welt und gibt es so nur bei uns“, sagt Vetter stolz.

Von der Fertigung bis zur Verpackung: In kurzer Zeit erledigen die Roboter die Arbeit

Mit Spritzgussrobotern Kunststoff in Form bringen

„Um maximal effizient und betriebssicher auf dem eng begrenzten Raum agieren zu können, haben der Maschinenbauer Arburg und wir den Prozess in die ‚Hände‘ von KUKA Robotern gelegt. Das gab uns viele Gestaltungsoptionen“, erklärt Andreas Wolf. So arbeitet die Spritzgießmaschine mit einem sechs-achsigen KR QUANTEC zusammen, der maximale Wiederholgenauigkeit und kontinuierliche Präzision erreicht. Er entnimmt simultan zum Spritzzyklus die Rollen aus dem unteren Teil des Würfels, setzt sie in die Steckbuchsen ein, um die fertigen Teile aus Kunststoff danach zu entnehmen und auf dem Förderband in Richtung Verpackung abzulegen. Alle 9,5 Sekunden entstehen so 24 hochwertige Oberkorbrollen.

Mit Unterstützung des KR QUANTEC PA werden Oberkorbrollen für Spülmaschinen hergestellt

Kunststoffverarbeitung mit dem KR QUANTEC PA

Das Förderband verbindet die Produktionszelle mit der Verpackungs- und Palettierungszelle von robomotion, wo ein KR QUANTEC PA, einer der schnellsten Palettierer auf dem Markt, seinen Dienst tut. „Der schlanke Palettierroboter ist extrem vielseitig und dynamisch, bei einer sehr geringen Störkontur“, sagt Andreas Wolf. Der Roboter faltet bei Hauff die Versandkartons, platziert diese unter dem Förderband, um sie nach der Befüllung zu verschließen und auf einer Europalette zu stapeln. Drei Paletten mit jeweils 45 Kartons und 70.200 Kunststoffrollen verlassen so pro Tag das Haus.

Vom Kunststoff-Spritzguss bis zur Palettierung mit Robotern

„Die Anlage läuft komplett eigenständig durch, ohne weiteren Betreuungsaufwand“, sagt Andreas Wolf. „Wir haben eine Pufferzeit von acht Stunden eingeplant. Dann muss ein Mitarbeiter die fertig bereitgestellten Paletten von der Anlage nehmen. Das heißt: Die Spritzgussmaschine kommt eine komplette Schicht auf sich allein gestellt bestens zurecht.“

Fehlervermeidung durch Simulation bei der Planung

Um diesen komplexen Produktionsschritt in einer laufenden Produktion gehen zu können, ist eine möglichst exakte Planung unerlässlich, weshalb Arburg und robomotion mit KUKA.Sim eine smarte Planungssoftware für die Offline-Programmierung von KUKA Robotern in die Anlagenentwicklung integrierten. „Gerade weil der Platz in der Produktionshalle so knapp bemessen ist, war es wichtig, die Anlage und ihre Funktionalitäten bereits auszuprobieren, bevor sie real geworden sind. So konnten wir beispielsweise schon in der Engineering-Phase eine Taktzeitanalyse vornehmen und in das Layout und die Auslegung einbeziehen. Das war ‚learning by doing‘ im virtuellen Raum“, so Wolf. „Ohne KUKA.Sim wäre die Anlagenkonfiguration mit Sicherheit sehr viel aufwendiger und kostspieliger geworden oder sogar schiefgegangen. Das kommt gerade für einen Mittelständler überhaupt nicht in Frage.“

Mit KUKA.Sim wurde der KUKA Roboter mit neuer Spritzgussmaschine problemlos in die Anlage integriert

Automatisierung der Kunststoffverarbeitung mit dem Funken der Begeisterung

Das damit einhergehende tiefe Verständnis der Cube-Anlage und ihrer Möglichkeiten hilft Jörg Vetter, die Mitarbeitenden von Hauff für die Automatisierung zu begeistern. „Da ist immer auch ein Stück Überzeugungsarbeit zu leisten, dass die neue Technik nicht gegen die Menschen gerichtet ist, sondern ihnen dient und ihnen die Arbeit leichter und abwechslungsreicher macht“, so der Technische Leiter. Dies sei gerade in Zeiten des zunehmenden Fachkräftemangels ein wichtiger Faktor. „Wir optimieren immer weiter. Ich bin in meinen Gedanken schon ein paar Schritte weiter und überlege mit unserer Geschäftsführung und unseren Technikpartnern, wie wir möglichst viele Produkte auf einer Maschine produzieren können. Wenn wir neue Möglichkeiten sehen, die sich rechnen, werden wir sie auch nutzen.“

Mit seiner extremen Geschwindigkeit reduziert dieser Roboter die Zykluszeiten in der Produktion und steigert zugleich die Fertigungsqualität, ohne dabei jemals aus dem Takt zu geraten.

Andreas Wolf, Geschäftsführer der robomotion GmbH