Von Raimund Bauer, Sales Engineer bei SMC Deutschland
Perfekt aufeinander abgestimmte pneumatische und elektrische Lösungen für die Überprüfung von Sinterteilen und anderen Werkstücken. Ob medizinische Implantate, Wendeschneidplatten, Bohrer, Schaltfräser oder Zahnräder – die Vielfalt der in den unterschiedlichen Industrien eingesetzten metallischen und keramischen Bauteile ist praktisch endlos. Wenn große Stückzahlen benötigt werden, lassen sich viele dieser Bauteile im Sinterverfahren herstellen. In diesem Prozess werden sie erst aus Pulver gepresst und anschließend erhitzt. Einige der fertigen Werkstücke müssen überprüft, gekennzeichnet und verpackt werden, was am besten automatisch im Dauerbetrieb erfolgt. Um eine wirksame Qualitätskontrolle sicherzustellen, hat Roboworker den RoboInspect entwickelt, eine Maschine für den mikrometergenauen Rundumcheck anspruchsvoller Werkstücke. Sowohl in dieser als auch in anderen Anlagen von Roboworker werden zahlreiche elektrische und pneumatische Automatisierungsbauteile von SMC eingesetzt.
Die Produktion von metallischen und keramischen Teilen mit komplexen Geometrien erfolgt häufig mit Einsatz des Sinterungsverfahrens. Bei diesem Verfahren wird Pulver in eine spezifische Form gepresst und in ihrer neuen Struktur mit fachgerechter Wärmebehandlung – dem Sintern – verdichtet und ausgehärtet. Je nach Anwendung werden in weiteren Schritten zusätzliche Beschichtungen aufgetragen. Die fertigen Werkstücke werden in den unterschiedlichsten Industrien eingesetzt, sogar Endkonsumenten verwenden diese Komponenten, z. B. im Heimwerkerbereich. Damit die Werkstücke in der richtigen Qualität und mit optimaler Verpackung in die Regale gelangen, müssen sie im letzten Produktionsstadium auf Herz und Nieren geprüft werden – nur perfekt beschichtete und geformte Teile dürfen auf den Markt kommen. Schließlich gelten in der Automobil-, Raumfahrts-, Batterie- und Medizintechnikindustrie für die jeweiligen Bauteile strikte Leistungsanforderungen. Für den vollautomatischen Rundumcheck der Werkstücke hat Roboworker seine Prüfmaschine RoboInspect (RIS) zur Überprüfung der Maßhaltigkeit und Qualität des Werkstücks mit vielfältigen Funktionalitäten in 3D+ ausgestattet. Auf Wunsch lässt sich das System auch mit Modulen für die Laserbeschriftung oder Verpackung der Werkstücke erweitern. Ein umfangreiches pneumatisches und elektrisches Automatisierungspaket von SMC sorgt mit Wartungseinheit, Ventilinseln, Elektro- und Pneumatikantrieben sowie Druckverstärkern, Ionisatoren und weiteren Komponenten für eine schonende, präzise und schnelle Handhabung der Werkstücke bei den Schritten Kontrolle, Etikettierung und Verpackung.
Seit über 30 Jahren ist die Firma Roboworker für ihre weitreichende Kompetenz in den Bereichen Automatisierung- und Prüftechnik bekannt. Mit leistungsfähigen Linearrobotern, Greifern, Sensoren und Kameratechniken entwickeln die Maschinenbauexperten aus Weingarten bei Ravensburg flexibel einsetzbare und modulare Hightech-Automationsanlagen für die Herstellung von Präzisionsteilen. Dazu gehören auch optimale, automatische Prüfmaschinen für Sinterteile und Werkstücke aus vielfältigen Ausgangsmaterialien, etwa Hartmetall, Eisenpulver oder Keramik. Anspruchsvolle Industrien wie die Metallverarbeitung, Automotive oder Batterie- und Medizintechnik nutzen die hocheffizienten Anlagen von Roboworker.
Überprüfung, Beschriftung und Verpackung von Sinterteilen
Wer das Sinterverfahren anwendet, bedient sich einer der am ältesten bekannten Herstellungstechniken. Das Prinzip wurde vermutlich erstmalig beim Formen und Brennen von Porzellan angewendet. Die dahinterstehende Idee ist einfach: Erst einen Porzellanblock herzustellen und danach wieder die gewünschte Form daraus zu schneiden oder meißeln ist praktisch nicht realisierbar. Folglich war es leichter, bereits das Ausgangsmaterial im „rohen“ Zustand zu formen und es anschließend mit Hitze und Glasur zu festigen. Heutzutage durchlaufen viele Metallteile einen ähnlichen Prozess. „Der Vorteil des Sinterns liegt darin, dass es die Herstellung kleiner Werkstücke mit komplexen Formen in großer Stückzahl ermöglicht“, erläutert Toralf Schramm, Leiter für Prüf- und Verpackungsanlagen bei Roboworker. „Eine gesinterte Wendeschneidplatte braucht z. B. für die Fertigstellung üblicherweise eine einzige Beschichtung.“ Die Ausgangsstoffe des Verfahrens sind Gemische aus unterschiedlichen pulverisierten Metallen, die im fertigen Produkt hochfeste Einheiten bilden. Dazu werden sie zunächst, je nach Material und Anwendung, bei Drücken von 16 bis 400 Tonnen in Form gepresst. Aufgrund der Verdichtung des Mischpulvers beim Pressvorgang halten diese Rohformen zusammen, bis sie durch die Wärmebehandlung beim Sintern noch weiter verdichtet werden. Erst dann erhalten die Werkstücke ihre erforderliche Festigkeit.
Kein fehlerhaftes Werkstück darf die Halle verlassen. Deshalb wird das fertige Produkt vor der Verpackung noch einmal sorgfältig geprüft, um optimale Qualität sicherzustellen. Toralf Schramm: „Vor allem die Geometrie der Teile ist entscheidend. Anwendungen in der Medizintechnik oder der Automobilindustrie haben enorm geringe Toleranzen, sodass jedes Produkt perfekt sein muss.“ Für das menschliche Auge sind solche Toleranzbereiche nicht mehr erkennbar. Der RoboInspect prüft deshalb die Maßhaltigkeit und Qualität des Werkstücks mittels hochpräziser Technologien, die im Mikrometer-Bereich arbeiten. Die kleinsten Defekte wie etwa lokale Kantenausbrüche oder Form- und Beschichtungsfehler lassen sich damit zuverlässig identifizieren und durch eine detaillierte Dokumentation zurückverfolgen.
Die beschichteten Werkstücke werden auf Palettenstapeln in die Anlage befördert. Um die Fehlausleitrate zu minimieren, reduziert zunächst ein Ionisator eine eventuelle statische Aufladung. Das befreit die Werkstücke von anhaftendem Staub. Der freigesetzte Staub wird durch einen Volumenstromverstärker der Serie ZH von SMC abgesaugt, damit er sich nicht innerhalb der Maschine absetzt oder Filter verstopft. Präzise Roboter legen die Werkstücke einzeln auf eine Prüfablage, wo hochleistungsfähige, äußerst empfindliche Kameras sie von allen Seiten unter die Lupe nehmen. Innerhalb von Sekunden erfolgt die Prüfung verschiedener Merkmale: Beschädigungen der Schneidkante auf bis zu 5 Mikrometer, Maßhaltigkeit auf bis zu 0,01 Millimeter und Oberflächenfehler auf bis zu 0,05 Millimeter genau, je nach Oberflächenqualität. Bei Bedarf können die Werkstücke danach mittels Laser beschriftet werden, bevor sie wieder zurück in die Paletten abgelegt werden. Optional können sie zusätzlich von einem Verpackungsmodul endverpackt, etikettiert und für den Versand zum Verbraucher vorbereitet werden. „Der RoboInspect ist eine bahnbrechende Maschine. Sie ist flexibel erweiterbar und arbeitet dabei mit hoher Präzision“, betont Toralf Schramm. „Greifer und Kameras müssen komplexe Bewegungsmuster sehr genau abbilden können und immer an der richtigen Position sein.“
Automatisierungspaket an jeden Bedarf angepasst
Damit das Prüfen der gesinterten Teile reibungslos funktioniert, müssen die anspruchsvollen Handling-Prozesse innerhalb des RoboInspects zuverlässig und präzise ablaufen. „Eine weitere Herausforderung ist der unterschiedliche Druckluftbedarf verschiedener Bereiche in unseren Maschinen“, erläutert Ralf Trotzki, Konstruktionsleiter für Prüf- und Verpackungsanlagen bei Roboworker. „Zum Beispiel für das Lösen der Werkstücke, die von einem Magnetgreifer auf einer Ablageplatte gehalten werden, reicht der eingestellte Systemdruck nicht aus, um die erforderliche Lösekraft zu erreichen. Ein Druckverstärker erhöht deshalb den Druck für den Lösezylinder, aber nur dann, wenn dieser benötigt wird. Dadurch kann viel Druckluft eingespart werden.“ Sämtliche verwendeten Komponenten müssen zudem platzsparend aufbewahrt werden – schließlich werden in der Industrie höchste Anforderungen gestellt und in Werkshallen ist der Raum in der Regel begrenzt. Die passende Automatisierungstechnik kommt bei Roboworker fast ausschließlich von SMC. Das pneumatische Herz des RoboInspect bildet die Ventilinsel der Serie SY von SMC, welche dank ihres modularen Aufbaus für jede Anwendung den erforderlichen Druck liefert.
Die SMC-Ventilblöcke der SY-Serie sind das pneumatische Herzstück von RoboInspect und bieten durch ihren modularen Aufbau für jede Anwendung den richtigen Druck.
Timo Schlauch, Teamleiter bei SMC: „Die Experten bei Roboworker wissen, dass sie auf unsere Lösungen zählen können. Schließlich nutzen sie schon seit 24 Jahren die Technologien von SMC in ihren Maschinen.“ Das Herz der pneumatischen Automation des RoboInspect ist die Ventilinsel der Serie SY. Diese ist modular aufgebaut und ermöglicht so die Versorgung der unterschiedlichsten Aktoren mit den jeweils erforderlichen Drücken. Zudem sind die Ventilinseln mit EtherCat-Busmodulen ausgestattet, die sie mit der übergeordneten Maschinensteuerung sowie untereinander vernetzen. „Das spart jede Menge Konstruktions- und Montageaufwand gegenüber einer Einzelverkabelung und die gesamte Anlage ist weniger störungsanfällig. Auch Wartung und Instandhaltung der Anlage während des Betriebs gestalten sich wesentlich leichter und kosteneffizienter“, erklärt Timo Schlauch. „Bei so komplexen Anlagen wie diesen müssen die einzelnen Prozesse optimal aufeinander abgestimmt sein – auch innerhalb der Steuerung.“ Für bestimmte Prozesse werden Proportional-Ventile der Serie ITV von SMC der Ventilinsel vorgeschaltet und regeln etwa die Kraft der pneumatischen Greifer mit großer Präzision, um die Werkstücke beim Aufnehmen und Umsetzen nicht zu beschädigen.
Langjährige Erfahrung und eine vertrauensvolle Partnerschaft
Sämtliche der von Roboworker seit 2010 gelieferten Prüfmaschinen laufen heute noch – auch dies ist zweifellos dem perfekt abgestimmten Automatisierungspaket von SMC zu verdanken. „Unsere langjährige Partnerschaft mit SMC gibt uns die Sicherheit und das vollkommene Vertrauen, stets die passenden Technologien für unsere Maschinen finden und nutzen zu können“, betont Toralf Schramm. In Zukunft können die Maschinenbau-Experten zusätzlich von neu entwickelten und noch kompakteren Ventilinseln profitieren, die direkt in den Roboterarmen integriert werden. Alle Bauteile sind zuverlässig und langlebig und werden weltweit in der Produktion eingesetzt – sollte dennoch ein Ersatzteil nötig sein, wird es über das Servicenetz von SMC rasch an jeden Ort geliefert.
