Roboter verschließt Karosserieöffnungen mit selbstklebenden Präzisionsstanzteilen

In enger Kooperation haben vier deutsche Unternehmen, die Tesa AG und ihre Tochter Acos Advanced Converting Solutions GmbH, die Edag Engineering und Design AG sowie die SRD Maschinenbau GmbH, eine Lösung zur automatischen Applikation so genannten Hole-Covering-Stanzteile per Roboter entwickelt.

Beim Blick auf konventionelle Lösungen treten die Vorteile von Hole-Covering-Stanzteilen klar hervor: Werden Karosserieöffnungen mit Kunststoff- oder Gummistopfen verschlossen, muss für jedes Lochformat ein individuelles Passteil entwickelt werden. Für deren Herstellung sind aufwändige Spritzgusswerkzeuge notwendig, deren Kosten in den Einkaufspreis einfließen. Darüber hinaus erfordert die Bevorratung und Bereitstellung der vielen verschiedenen, relativ voluminösen Stopfenmengen hohe Lagerkapazitäten sowie eine komplexe Logistik.

Die zu verschließenden Löcher müssen beim Einsatz von Stopfen sehr exakte Maße aufweisen, was die Designfreiheit einschränkt und bei Konstruktion und Produktion Aufwand verursacht. Schließlich ist das Anbringen der Verschlüsse in Abhängigkeit von der Stopfenqualität sehr mühsam: Engsitzende Stopfen müssen häufig mit zwei Händen appliziert werden, was die Mitarbeiter körperlich erheblich belastet.

Bei gleicher Verschlussqualität sind moderne, hochwertige Hole-Covering-Stanzteile, wie sie Acos bietet, effizienter und leichter zu applizieren als bisherige Lösungen. Sie müssen nur von der Trägerfolie abgezogen und aufgeklebt werden. Darüber hinaus tragen die Stanzteile erheblich zur Kostensenkung bei: Weil sich mit einem Stanzteiltyp Löcher unterschiedlichen Formats und unterschiedlicher Geometrie sicher verschließen lassen, kann bei Werkzeugen, Lager und Logistik deutlich gespart werden.

Die Produkte, die in Standardformaten oder als individueller Zuschnitt auf Rollen oder Bögen geliefert werden, erlauben zudem eine genaue Kalkulation des Materialverbrauchs sowie eine bessere Kontrolle der Arbeitsprozesse, was sich am Ende ebenfalls positiv auf die Kostensituation auswirkt.

Automobilindustrie fordert hochwertige Stanzteile

Die Acos-Stanzteile für den permanenten Lochverschluss, die je nach Anwendung aus unterschiedlichen Materialien wie Gewebe, verschiedenen Kunststofffolien oder Aluminiumfolie bestehen, erfüllen alle wichtigen Kriterien der Automobilindustrie. Sie sind alterungs- und witterungsbeständig, durchstoß- und abriebfest sowie spritzwasserdicht.

Ebenso isolieren sie zuverlässig Geräusche. Die für den Einsatz nach der kathodischen Elektrotauchlackierung (KTL) beziehungsweise im Vorlackbereich geeigneten Stanzteile weisen eine Temperaturbeständigkeit bis 180 °C und eine gute Lack- und PVC-Kompatibilität auf. Dadurch lassen sie sich etwa im Unterbodenbereich einsetzen und werden nach der PVC- oder Lack-Beschichtung nahezu unsichtbar.

Tesa und Acos gaben sich mit diesen zahlreichen Vorteilen ihrer Stanzlösungen nicht zufrieden, denn ebenso wie Kunststoff- und Gummistopfen mussten die Produkte noch immer per Hand appliziert werden. Um die Bedürfnisse ihrer Kunden besser zu erfüllen, setzten sich die Entwickler der beiden Unternehmen mit der Edag Engineering und Design AG und der SRD Maschinenbau GmbH zusammen und entwickelten ein Konzept zur automatisierten Applikation der Stanzteile per Roboter.

Punktgenaue Applikation des Stanzteils per Roboter

Bei der Automatiklösung entnehmen die vom Kooperationspartner Edag entwickelten Robotersysteme das Präzisionsstanzteil einer speziellen, von SRD konstruierten Spendeeinheit. Die Spendeeinheit stellt sicher, dass sich die Stanzteile von ihrer Trägerfolie lösen und der Roboterkopf sie per Saugstempel aufnehmen und anschließend punktgenau applizieren kann.

Bei der Entwicklung wurde zudem auf hohe Flexibilität geachtet, wobei die bisherige Lösung nur ein sehr enges Spektrum des technisch Machbaren zeigt. Unter anderem lassen sich mit der Anlage Präzisionsstanzteile aus verschiedensten Materialien sowie Lösungen unterschiedlicher Geometrie sicher anbringen. Zudem können die Roboterköpfe je nach Gegebenheiten und Anforderungen auch mit mehreren Saugstempeln gleichzeitig arbeiten, was eine optimale Anpassung der Systemlösung an die Taktzeit-vorgaben ermöglicht.

Ebenso wichtig war den Entwicklern eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit. Mit dem neuen System können Stanzteile auch bei hoher Taktgeschwindigkeit bis auf einen Zehntelmillimeter genau appliziert werden. Diese Präzision erlaubt eine Reduzierung der Materialfläche um 18% im Vergleich zur herkömmlichen Applikation, wodurch weitere Kosten eingespart werden können. Die vollautomatisierte Applikation gewährleistet ein immer gleiches Resultat und damit ein gleich bleibend hohes Qualitätsniveau. Die systemseitige Protokollierung erlaubt schließlich jederzeit eine Prozesskontrolle, was zur Prozessoptimierung und Qualitätssicherung beiträgt.

Selbstklebende Stanzteile für Automation sehr geeignet

Unternehmen, die Karosserieöffnungen automatisch verschließen möchten, kommen an Präzisionsstanzteilen nicht vorbei. Weil es sich bei Kunststoffstopfen um Schüttgut mit einer fahrzeugindividuellen Vielfalt an Geometrien, Formen und Qualitäten handelt, wäre eine Applikation per Roboter überaus kompliziert. Die Lösung und die Prozesse ließen sich nur mit erheblichem Aufwand gestalten.

Die neue Systemlösung der vier Kooperationspartner hingegen zeigt gute Ergebnisse. Bei den umfassenden Probeläufen in einer praxisnahen Modellanlage bei Edag wurden sämtliche Erwartungen übertroffen. Denn selbstklebende Stanzteile sind nicht nur dank der Möglichkeit, sie maschinell bereitzustellen und zu applizieren, wie geschaffen für die Automatisierung, sondern vor allem auch wegen ihres wesentlich breiteren Anwendungsspektrums.

Statt 27 unterschiedlicher Stopfenvarianten wurden bei einem Fahrzeugmodell beispielsweise nur noch sieben Stanzteilvarianten benötigt – ein deutlicher Vorteil, wenn der Prozess automatisiert und die Kosten nachhaltig gesenkt werden sollen. Nach diesen Erfolgen wird zurzeit die Umsetzung der Lösung in den Produktionsprozessen der Automobilindustrie vorbereitet.

Carsten Böhmer ist Product Manager Hole Covering der Acos GmbH.