Die Herstellung von Blechteilen für Automobile ist durch eine ganze Reihe von technischen Anforderungen gekennzeichnet, die vor allem den Pressen- und Werkzeugbau  betreffen. Doch mit schnellen Pressen und multifunktionalen Werkzeugsystemen allein ist es nicht getan. Denn nur wenn die Pressen und Werkzeuge kontinuierlich mit Rohblechen versorgt, und die bearbeiteten Teile dann auch sukzessive aus den Werkzeugen/den Pressen entnommen bzw. in die nächste Pressenstation übergeben werden, wird aus den theoretisch vorhandenen Leistungen die gebotene Wirtschaftlichkeit.

Folgerichtig gilt es, jeweils den gesamten Bearbeitungs-/Umformprozess zu betrachten und dies schließt zwingend alle Prozessschritte ab der Rohmaterialversorgung und bis hin zum Stapeln der fertigen Teile ein. Grundsätzlich bestimmen die möglichen Pressen- und/oder die zulässigen Werkzeughübe den Produktionstakt. Das Handling sowie der Transfer der Blechteile sollte parallel zu den Hauptzeiten erfolgen. Da sowohl bei den Pressen als auch bei den Werkzeugen unproduktive Nebenzeiten weitgehend reduziert bis eliminiert werden, muss das Blechteile-Handling- und Transfersystem entsprechend schnell und sicher arbeiten, um jeglichen Pressen-Stillstand zu vermeiden.

Lediglich die reinen Wechselvorgänge stellen noch relative Unterbrechungen dar, sodass ansonsten rund um die Uhr im Mehrschichtbetrieb produziert werden kann. Als ein weiterer, wesentlicher Aspekt bei der Blechteile-Fertigung ist die Prozesssicherheit insgesamt anzusehen. Wobei hier zum einen die störungsfreie Produktion durch kontinuierliche Teilever- und -entsorgung, und zum anderen die technische Verfügbarkeit aller relevanten Anlagen-Komponenten selbst zu berücksichtigen ist. Während die Pressen und Werkzeuge hier eher unkritisch sind, gilt es dem dynamischen, sicheren und vor allem positionsgenauen Teile-Handling besondere Aufmerksamkeit zu widmen.

Vom Werkzeugbau zum Systempartner

Wer weiß dies besser als die Pressen-, Werkzeug- und Umformtechnik-Spezialisten der Heilbronner Firmengruppe Läpple, die sich seit vielen Jahren als Systempartner namhafter Automobil-Produzenten weltweit einen sehr guten Namen gemacht hat. Gegründet im Jahr 1919 durch August Läpple, wurden zunächst Werkzeuge und Werkzeugsysteme gefertigt. Heute liegt die Kern-Kompetenz der 5.000 Personen zählenden Läpple-Gruppe, davon 1.700 in Heilbronn, einerseits auf dem Werkzeugsektor und andererseits in den Bereichen Prototypen, Blechpressteile, Blechteilbaugruppen und Rohbaukomponenten, Anlagenbau für die Blechverarbeitung, Blechumformung und den Zusammenbau sowie in den Bereichen  Automation/Handhabungstechnik und Kunststoff-Formenbau.

In der Läpple-Gruppe sind 175 Pressensysteme im Einsatz und von diesen stammen 75 aus eigener Entwicklung und Produktion. Den Vorteil des eigenen Pressen- und Anlagenbaus erläutert Oliver Wackenhut, Leiter Presswerk im Werk Heilbronn, wie folgt:

"Durch den eigenen Pressenbau können wir die Produktionssysteme mit Features ausstatten, die ganz auf die jeweiligen spezifischen Anforderungen der Kundenteile ausgerichtet sind. Dasselbe gilt für den Werkzeugbau und auch für die Handling-Systeme für den Blechteile-Transfer. Da wir für viele Kunden Außenhautteile produzieren, werden an die Qualität besonders hohe Anforderungen gestellt. Die weiteren Anforderungen ergeben sich daraus, dass geringere Serienstückzahlen eine maximale Flexibilität erfordern".

Demnach müssen bei den öfters wechselnden Produkten nicht nur die Werkzeuge und die NC-Programme der Pressen ausgetauscht, sondern auch die Greifer- und Handlingsysteme für die Blechteile umgerüstet bzw. gewechselt werden.

Produktivität gepaart mit Flexibilität

Da Umrüstungen aber immer mit längeren Stillstandzeiten verbunden sind, wechselt man bei Läpple gleich die ganzen Roboter-Greifersysteme aus und kann somit schneller wieder in Produktion gehen. Für das Blechteile-Handling setzt Läpple Heilbronn ausschließlich 6-Achsen- Industrieroboter mit Vakuum-Greiferspinnen ein. Auch diese werden, aus Gründen der spezifischen Anforderungen des Teilespektrums, selbst gefertigt.

Dabei greift man in der Hauptsache auf die Vakuum-Komponenten des Vakuumtechnik- und Handling-Spezialisten J. Schmalz GmbH, 72293 Glatten zurück, mit denen man in allen Werken - und ganz besonders in den Pressenlinien des Stammhauses Heilbronn - sehr gute Erfahrungen gemacht hat. Die einzelnen Greiferspinnen bestehen aus eigenen Leichtbau-Stahlrohrkonstruktionen und von Schmalz kommt das Vakuum-Equipment in Form von Sauggreifern und Vakuumerzeugern sowie Magnetventilen und Vakuumschaltern. Durch die konsequent auf die jeweiligen Teile und Bedürfnisse ausgelegten Greiferspinnen, die lediglich eine standardisierte Schnittstelle (Kupplung) zu den Robotern aufweisen, ergeben sich laut Oliver Wackenhut viele Vorteile, die den Bau von Einzweck-Greiferspinnen (ohne flexible Wiederverwendbarkeit) durchaus sinnvoll und wirtschaftlich machen.

"Die Greiferspinnen werden 100%ig an das Blechteil und das Werkzeug angepasst, wodurch wir ein Höchstmaß an Steifigkeit und Genauigkeit erreichen. Durch die Stahlrohrkonstruktion ersparen wir uns Kupplungen, Verbindungsteile und Querverstrebungen und somit einiges an Gewicht. Das wiederum erlaubt dynamischere Bewegungsabläufe ohne dass ein Auffederungseffekt eintritt bei schnellen Beschleunigungen sowie Absetzvorgängen". Dass daran und am sicheren sowie positionsgenauen Blechteile-Handling die Vakuumtechnik einen großen Anteil hat, wird am Beispiel einer ganz neuen Pressenlinie, der Linie 5 im Werk Heilbronn, deutlich.

Intelligente Vakuumtechnik für
leistungsfähige Sauggreifersysteme

Mit den Prozessbausteinen Pressen, Werkzeuge, Roboter und Vakuum-Greiferspinnen konnte hier die Produktivität samt Flexibilität deutlich gesteigert und der Rüstaufwand extrem verringert werden. Die Pressenlinie 5 fertigt im Dreischicht-Betrieb an bis zu 7 Tagen pro Woche. Für das Blechteile-Handling bewegen sich die mit Vakuum-Greiferspinnen ausgerüsteten Industrieroboter mit max. 8 m/Sekunde. Für die Optimierung der Bewegungsabläufe und der Dynamik werden die Handlingzeiten an einem externen Teach-Roboter programmiert und optimiert und dann an die einzelnen Stations-Roboter in der Pressenlinie übertragen.

Die automatisierten Pressen, der automatische Werkzeugwechsel, der Greiferspinnen-Wechsel und der Programmtausch erlauben das vollautomatische Rüsten/Umrüsten der Pressenlinie, wobei gegenüber den bestehenden Pressenlinien die Rüstzeit deutlich reduziert werden konnte. Pro Tag wird bis zu 2 Mal umgerüstet und die Roboter holen sich an Docking-Stationen die jeweils benötigte Greiferspinne ab. Das Einwechseln der komplett ausgerüsteten und montierten Vakuum-Greiferspinnen unterstützt die Verfügbarkeit und Prozesssicherheit dahingehend, dass die Greiferspinnen aus nur sehr wenigen und vor allen Dingen sehr zuverlässigen Standard-Komponenten bestehen.

So kommen für die Vakuumerzeugung leistungsfähige Ejektor-Baugruppen zum Einsatz, die aus 4 bis 5 Kompaktejektoren der Baureihe SMP MegaPump bestehen, an die Magnetventile und digitale Vakuumschalter bereits angebaut sind. Je nach Einsatzbereich sind die Greiferspinnen mit speziellen Vakuumsaugern für das Blechhandling - der Typen SAF (Flachsauggreifer), SAB (Balgsauggreifer), SAOB (Balgsauggreifer oval), SAOF (Flachsauggreifer oval) und SAOG (Sauggreifer in Glockenform und mit 45 Shorehärte) -ausgerüstet. Somit kommen sämtliche Sauger aus der Baugruppe zum Einsatz, die sich insbesondere durch die hohe Aufnahme an Querkräften, verschiebungsfreies Halten (auch bei geölten Blechen) und eine innere Abstützung zur Vermeidung von Tiefzieheffekten auszeichnet.

Oliver Wackenhut zu den Vorzügen der Vakuum-Komponenten von Schmalz: "Die Vakuum-Erzeugung mittels Kompaktejektoren bringt kurze Ansaugzeiten und sicheres Handling. Die Modulbauweise hat den Vorteil, dass durch einen Ejektor verschiedene Saugerkreise bzw. Sauger versorgt werden. Die aktiv genutzte Abblasfunktion beschleunigt das sichere und positionsgenaue Ablegen der Bleche. Dank der Luftsparautomatik ergeben sich Druckluft-Einsparungen, was bezogen auf den Dreischicht-Betrieb doch zu beträchtlichen Kosten-Einsparungen führt. Zu den Sauggreifern wäre zu sagen, dass wir hier aus einer breiten Palette immer die ideale Form auswählen können und beispielsweise mit den ovalen Sauggreifern in Glockenform auch stark gewölbte Werkstücke sicher zu greifen und dynamisch zu handhaben sind". 

Mit Vakuumtechnik zu mehr Prozesssicherheit
und Wirtschaftlichkeit in allen Bereichen

Schließlich kommen auch im Platinenlader am Anfang der Pressenlinie Vakuum-Komponenten von Schmalz zur Anwendung, nämlich eine Ejektorbaugruppe aus 5 Kompaktejektoren SMP, Flachsauggreifer SAF, Federstößel FSTI und ein weiterer Sauger (sowie Spreizmagneten) zur Doppelbelegungs-Kontrolle bzw. zur Vereinzelung.

Auch hier steht die Prozesssicherheit an oberster Stelle, weshalb alle Sauggreifer an Federstößeln montiert sind. Damit werden eventuelle Verformungen des Platinenstapels kompensiert und die Bleche sicher aufgenommen, selbst wenn sie nicht plan aufliegen. Zur Verwendung kommen Federstößel vom Typ FSTI mit Produktmerkmalen wie minimale Bauhöhe, geringes Gewicht und innenliegender (gekapselter) Feder. Merkmale, die eine lange und sichere Produktlebensdauer in den rauen Bedingungen im Presswerk garantieren.

Der Platinenlader ist im Gegensatz zu den Saugerspinnen universell und somit für verschiedene Platinenformate ausgelegt. Um auch hier ein optimales, zeit- und energiesparendes Handling zu gewährleisten, versorgen die 5 Einzelejektoren der Ejektorbaugruppe verschiedene Saugerkreise, die je nach Größe und Form der Platinen zu- oder abgeschaltet werden.

Die intelligenten Vakuum-Komponenten von Schmalz generieren in allen Bereichen der Pressenlinie 5 von Läpple (und nicht nur dort...) mehr Effizienz und Produktivität. Somit wird insgesamt eine höhere Wirtschaftlichkeit in der Produktion von qualitativ hochwertigen Automobil-Blechteilen erzielt, was wiederum die Wettbewerbsfähigkeit von Läpple als Systempartner unterstreicht.