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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Entnahme von Spritzgussfeinteilen aus einer Spritzgussmaschine, mit einem Handlingsystem, wobei zum Abtransport der Spritzgussfeinteile am Handlingsystem eine Absaugeinheit mit einem Saugschlauch und mit einer Verteilereinheit angeordnet ist und eine Luftströmung bestehend aus Unterdruck und Druckluft verwendet wird.
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Die Problematik, die bei einer automatisierten Entnahme von Werkstücken aus einer Spritzgussform gegeben sind, sind schon öfters angesprochen worden. So ist aus der
EP 2625018 B1 ein Verfahren zum Abtransport von Werkstücken bekannt, welches über die Messung des Unterdrucks an Vakuumsaugdüsen eine Annährung des Handhabungsautomaten an das Werkstück erkennt, und den Handhabungsautomaten knapp vor der Berührung stoppt und damit keine fixe Position des Spritzguss-Werkzeuges erfordert. Weiters ist aus der
EP 3365149 B1 bekannt, die Annäherung des Handhabungsautomaten zur Entnahme eines Werkstücks durch eine Abstands-Messeinrichtung, z.B. durch einen TOF-Sensor, zu erfassen, und den Handhabungsautomaten zu steuern. Durch diese Art der Werkstück-Annäherung soll die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Werkstückes durch zu hohen Druck oder durch ein schlechtes Fassen minimiert werden.
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Das Entnehmen von Werkstücken aus einer Spritzgussform mittels Vakuumgreifer ist allgemein bekannt.
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Als weiterer Stand der Technik ist die
WO 2012048903 A2 zu nennen, aus der eine Vorrichtung zum Entformen von Spritzlingen bekannt ist, wobei die Venturi-Düse und ihr Saugrohr durch die dezentrale, seitliche Anordnung zum Fallrohr so platziert ist, dass die Saugleistung im Verhältnis zur eingesetzten teuren Druckluft sehr gering ausfällt. Weiter fallen die Spritzlinge - mit Unterstützung der Schwerkraft - nach unten in einen Behälter. Behälterwechsel erzeugen einen Aufwand, denn immer, wenn der Behälter voll ist, muss ein Werker bereit stehen und den Wechsel vornehmen. In der Praxis führt dies zu Stillstandszeiten der Anlage, in der der Herstellprozess von neuen Spritzlingen unterbrochen ist.
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Gerade bei älteren Spritzgussmaschinen tritt das Problem auf, dass der Öffnungshub nicht toleranzfrei ausgeführt wird, was es erschwert, das Werkstück mit einem Greifarm, beispielsweise mittels eines Vakuumgreifers, zu fassen. Ein nicht exaktes Fassen des Werkstücks kann zu Ausschuss oder zu Produktionsunterbrechungen führen. Das Handling von Spritzgussfeinteilen über Saugdüsen wie Vakuumpipetten oder Vakuumgreifern führt häufig zu Beschädigungen an den Feinteilen selbst und damit zu hohem Ausschuss bzw. zur kostenintensiven Nachkontrolle.
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Zum Abtransport von Spritzgussteilen sowie des Angusses sind mehrachsige Handlingsysteme bekannt. Häufig können auch ältere Spritzgussmaschinen um solch ein System nachgerüstet werden. An das Handlingsystem können Greifer unterschiedlichster Art, insbesondere Vakuumgreifer oder Vakuumpipetten angeflanscht werden. Vakuumgreifer werden vorzugsweise bei flächigen Bauteilen eingesetzt; Greifersysteme, wenn die Geometrie des Spritzgussteil es zulässt, d.h. wenn das Spritzgussteil einfach gegriffen werden kann. Aufgrund von Toleranzen der Spritzgussmaschine und des Handlingsystems ist die Entnahme, vor allem von Spritzgussfeinteilen oftmals technisch sehr aufwändig und problembehaftet sowie der Abholvorgang sehr zeitintensiv, was sich negativ auf die Zykluszeit auswirkt.
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Häufig werden Spritzgussteile auch einfach mit Blasluft, z.B. mit einer Druckluftpistole oder Druckluftdüse aus dem Formnest geblasen. Dabei fallen die Spritzgussteile undefiniert und unkontrolliert aus dem Spritzgusswerkzeug heraus, fallen in einen unter dem Spritzgusswerkzeug befindlichen Behälter, oder werden über ein Transportband aus der Spritzgussmaschine heraus transportiert. Problematisch ist dies allerdings, wenn es sich um kleine Spritzgussteile, um so genannte Spritzgussfeinteile handelt. Diese Feinteile verteilen sich aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer geringen Größe in der Spritzgussmaschine häufig undefiniert, so dass nicht alle hergestellten Feinteile auch wirklich im Behälter aufgesammelt werden können. Das Einsammeln der Feinteile von Hand durch den Bediener ist ineffizient und insbesondere bei hoher Stückzahl unwirtschaftlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, das einerseits die obigen Nachteile vermeidet und andererseits die Gesamtwirtschaftlichkeit erhöht.
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Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Mit der Erfindung ist es möglich, Spritzgussfeinteile vollständig und schonungsvoll aus den Werkstücknestern eines Spritzgusswerkzeugs zu entnehmen, und damit den Ausschuss erheblich zu reduzieren. Als Spritzgussfeinteile werden in dieser Anmeldung Spritzgusserzeugnisse mit einem Gewicht von bis zu 0,2g und einer Seitenlänge kleiner 10mm angesehen.
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Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, eine wirtschaftliche Lösung zu schaffen Spritzgussfeinteile aus einer Spritzgussmaschine in kürzester Zykluszeit zu entnehmen, ohne diese zu beschädigen, und die Entnahme der Teile möglichst einfach zu gestalten. Die Lösung ist so konzipiert, dass sie mit geringem Aufwand auch an eine bestehende Spritzgussmaschine adaptiert werden kann.
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Dadurch, dass die Verteilereinheit gewechselt werden kann, können spezifische Verteilereinheiten, welche auf das jeweilige Spritzgusswerkzeug abgestimmt sind, verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, dass die Verteilereinheit vorteilhafterweise so viele Verteilerstutzen aufweist, wie Nester am Spritzgusswerkzeug vorhanden sind, so dass jedes Nest, und damit jedes einzelne Spritzgussfeinteil über einen eigenen Verteilerstutzen abgesaugt wird. Vorteilhafterweise ist der Innendurchmesser des Verteilerstutzens so gewählt, dass er mindestens 1,3 mal so groß ausgeführt ist, wie die längste Seite eines Spritzgussfeinteils. Dieses Verhältnis gilt für alle Querschnitte der Absaugeinheit. Mit dem Wechsel der Verteilereinheit ist eine hohe Artikelvielfalt möglich und der Programmieraufwand für das Handlingsystem fällt nur für eine einmalige Ersteinrichtung an.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen schematisch:
- 1a eine Spritzgussmaschine;
- 1b ein handelsübliches Handlingsystem für eine Spritzgussmaschine;
- 2a schematisch eine erfindungsgemäße Absaugeinheit;
- 2b die in 2a gezeigte Absaugeinheit in der Rückansicht;
- 3 eine schematische Schnittansicht der Verteilereinheit aus 2a;
- 4 eine schematische Draufsicht welche die erfindungsgemäße Absaugeinheit und das Spritzgusswerkzeug während des Entnahmevorgangs in einer Schnittansicht zeigt, sowie einen Ausschnitt der Draufsicht als Detailansicht;
- 5 zeigt beispielhaft drei typische Spritzgussfeinteile,
- 6 zeigt die Luftströmung im Moment der Teileentnahme aus dem Werkzeug.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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Die 1a zeigt eine typische Spritzgussmaschine 1, mit welcher Spritzgusserzeugnisse, insbesondere auch Spritzgussfeinteile 20 hergestellt werden können.
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1 b zeigt ein handelsübliches Handlingsystem 2 für eine Spritzgussmaschine 1 der in 1a gezeigten Art. Das Handlingsystem 2 verfügt über ein Achsportal, an welches diverse Greifer montiert werden können, eine Steuerung, und eine Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Handlingsystem und Spritzgussmaschine.
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2a zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Absaugeinheit 8 in der Draufsicht. Über den Grundträger 16 kann die Absaugeinheit 8 an das Handlingsystem 2 angeflanscht und befestigt werden. Am Grundträger 16 angeordnet ist eine Venturi-Düse 30, welche Unterdruck -p erzeugt, und eine entsprechend zum Spritzgusswerkzeug 3 passende Verteilereinheit 10 mit vier Stutzen, welche jeweils als Venturi-Rohr, d.h. als ein mit Druckluft D am Stutzeneinlass beaufschlagtes Rohr 31 ausgebildet sind.
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Eine zentrale Druckluftleitung führt zur Venturi-Düse 30 und erzeugt, bei beaufschlagter Druckluft D eine Luftströmung in Pfeilrichtung, mit welcher sich Spritzgussfeinteile 20 innerhalb des Systems, bestehend aus Verteilereinheit 10, Verrohrung und Befestigungsadapter, Venturi-Düse 30 und Saugschlauch 15 befördern lassen. Die Spritzgussfeinteile 20 werden zunächst durch die Verteilereinheit 10, dann durch den Venturi-Düsen-Querschnitt in den Saugschlauch 15, und über den Saugschlauch 15 hinweg mittels Unterdruck -p, welcher an der Absaugeinheit 8 durch eine Venturi-Düse 30 erzeugt wird, in einen, am Ende des Saugschlauchs 15 befindlichen Behälter befördert. Die Venturi-Düse 30 wird dabei als Transportmittel benutzt. Der Behälter ist hier nicht explizit dargestellt.
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Zusätzlich wird an der zentralen Druckluftleitung Druckluft D abgegriffen und über weitere Druckluftleitungen an die jeweiligen Stutzen geleitet. Um die Druckluft D an den jeweiligen Stutzen variabel einstellen zu können, kann die abgegriffene Druckluft D beispielsweise über eine Drossel gedrosselt werden. Bei beaufschlagter Druckluft D bildet sich dabei am Stutzeneinlass eine weitere Luftströmung, welche dem jeweiligen Spritzgussfeinteil 20 im Stutzeneinlass einen zusätzlichen Impuls mitgibt, und gewährleistet, dass sich das Spritzgussfeinteil 20 immer vom Auswurfstempel 50 des Spritzgusswerkzeugs 3 löst. Feinteile 20 können am Auswurfstempel 50 anhaften, weil sie statisch geladen sind oder weil die Oberfläche eine Rauigkeit aufweist, welche ein Anhaften begünstigt. Verbleibt ein Feinteil 20 am Auswurfstempel 50 bzw. in der Form, führt dies zu einer Maschinenstörung, der Zyklusablauf wird unterbrochen und die Anlage steht still.
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Die Verteilereinheit 10 ist mittels üblicher Verrohrung an die Venturi-Düse 30 angeschlossen. Die Venturi-Düse 30 wiederrum ist an einen Saugschlauch 15 angeschlossen, welcher in einem - hier nicht dargestellten - Auffangbehälter endet. In diesen Behälter, der sich außerhalb der Spritzgussmaschine 1 befindet, werden die Spritzgussfeinteile 20 gesammelt. Die Gesamtlänge des Saugschlauchs 15 beträgt 2m.
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Das Handlingsystem 2 steht während der Entnahme der Spritzgussfeinteile 20, bis in einen Behälter hinein, still.
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2b zeigt die in 2a gezeigte Absaugeinheit 8 in der Rückansicht.
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Auf der Rückseite der Verteilereinheit 10 ist zur Überwachung und Qualitätssicherung ein Füllstandssensor 40 angebracht, welcher eine Störung, z.B. eine Verstopfung des Kanals erkennen kann und über welchen eine Fehlermeldung generiert und der Prozess gestoppt werden kann.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht der Verteilereinheit 10 aus 2a. Die hier gezeigte Verteilereinheit 10 besteht aus einem Verteilerblock 11 und vier Verteilerstutzen 12. Sie kann einfach und kostengünstig als ein Teil in einem 3D-Kunststoff-Druckverfahren hergestellt werden. An die jeweiligen Stutzen ist, wie bereits zu 2a beschrieben, vorteilhafterweise eine Druckluftleitung vorgesehen, über welche am Stutzeneinlass 13 eine Luftströmung erzeugt wird. Hierzu ist am Stutzeneinlass 13 eine Druckluftdüse 14 angeordnet, über welche Druckluft D in den Stutzen hinein geblasen wird, siehe Pfeilrichtung. Die zugeführte Luftmenge kann über eine Drossel geregelt werden. Über die Luftströmung wird dem Spritzgussfeinteil 20 ein gesteuerter, teilabhängiger, kurzer Luftimpuls, d.h. ein Luftimpuls kleiner 1s oder kleiner 2smitgegeben, so dass sich das Spritzgussfeinteil 20 sicher vom Auswurfstempel 50 löst, und wenig Druckluft benötigt wird.
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Die Verteilereinheit 10 ist als ein Wechselteil konzipiert und muss auf das entsprechend passende Spritzgusswerkzeug 3 angepasst werden. Hat ein Spritzgusswerkzeug 3 z. B. zehn Werkzeugnester, dann weist die entsprechend passende Verteilereinheit 10 einen Verteilerblock 11 mit zehn Verteilerstutzen 12 auf.
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Es hat sich herausgestellt, dass der Innendurchmesser des Verteilerstutzens 12 sowie die Querschnitte im System selbst vorteilhafterweise mindestens 1,3 mal so groß ausgeführt sein müssen, als die längste Seite eines Spritzgussfeinteils 20, um eine optimale Beförderung im System gewährleisten.
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4 zeigt schematisch einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Absaugeinheit 8 zusammen mit dem geöffneten Spritzgusswerkzeug 3 in der Entnahmeposition. Weiter ist ein Ausschnitt der Schnittansicht als Detailansicht A dargestellt.
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Spritzgussfeinteile 20 werden in einer Spritzgussmaschine 1 innerhalb eines Zykluses hergestellt. Ein Zyklus umfasst die nachfolgenden Schritte.
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Schritt 1: Spritzgussprozess. Erzeugen des Formteils im Spritzgusswerkzeug 3. Schritt 2: öffnen des Spritzgusswerkzeugs 3 und Auswerfen des Angusses.
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Schritt 3: Ein Handlingsystem 2 fährt die erfingungsgemäße Absaugeinheit 8 in die Entnahmeposition.
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Schritt 4: Ein Auswurfstempel 50 des Spritzgusswerkzeugs 3 transportiert das Spritzgussfeinteil 20 in den Verteilerstutzen 12 hinein.
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Schritt 5: Eine, durch Druckluft D an jedem Stutzeneinlass 13 erzeugte Luftströmung löst das Spritzgussfeinteil 20 vom Auswurfstempel 50. Hierzu ist am Stutzeneinlass 13 eine Druckluftdüse 14 angeordnet, über welche Druckluft D in den Stutzen hinein geblasen wird, siehe Pfeilrichtung. Die Menge der einzelnen Luftströmung kann in Abhängigkeit vom Spritzgusserzeugnis über eine Drossel geregelt werden.
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Schritt 6: Über die Luftströmung wird das Spritzgussfeinteil 20 in die Absaugeinheit 8 befördert und von dort weiter mittels einer Luftströmung in einen Behälter befördert. Der Unterdruck -p wird in der Absaugeinheit 8 durch eine Venturi-Düse 30 erzeugt.
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Die Druckluft D wird am Stutzeneinlass 13 zugeführt.
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Schritt 7: Das Handlingsystem 2 fährt in die Ausgangsposition zurück.
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Nach diesem Schritt kann der Zyklus von neuem beginnen.
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Die Zykluszeit für das Spritzgussfeinteil 20 in diesem Ausführungsbeispiel beträgt siebzehn Sekunden. Die meiste Zeit wird für das Erzeugen des Formteils benötigt. Die automatisierte Entnahme des Spritzgussfeinteils 20 aus der Spritzgussmaschine 1 in einen Behälter - Schritt 3 bis 7 - beträgt unter zwei Sekunden.
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Die Detailansicht A zeigt das am Auswurfstempel 50 noch anliegende Spritzgussfeinteil 20 in der Entnahmeposition. In der Entnahmeposition befindet sich die Absaugeinheit 8 sehr nahe am Spritzgusswerkzeug 3, so dass der Auswurfstempel 50 im ausgefahrenen Zustand in den Verteilerstutzen 12 hineinragt. Das Spritzgussfeinteil 12 wird mit Hilfe des Stempels 50 aus dem Werkzeug herausgeschoben und über den Auswurfstempel 50 in den Verteilerstutzen hinein transportiert. Für Spritzgussfeinteile 20, die noch an dem Auswurfstempel 50 anhaften und sich schlecht von dem Auswurfstempel 50 lösen ist vorteilhafterweise eine Druckluftleitung vorgesehen, über welche am Stutzeneinlass 13 eine Luftströmung erzeugt wird, welche das Spritzgussfeinteil 20 vom Auswurfstempel 50 löst und in den Stutzen 12 hineinbläst.
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5 zeigt beispielhaft drei typische Spritzgussfeinteile 20. Als Spritzgussfeinteile 20 werden in dieser Anmeldung Spritzgusserzeugnisse mit einem Gewicht von bis zu 0,2g und einer Seitenlänge kleiner 10mm angesehen.
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Der Spulenköper X weist einen Außendurchmesser von 8mm bei einer Länge von 6mm auf. Der Außendurchmesser des Stopfens Y beträgt 7mm. Die Länge 2mm. Der Außendurchmesser des Stifts Z beträgt einen Außendurchmesser von 6mm und eine Länge von 6mm.
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6 zeigt die erfindungsgemäße Absaugeinheit 8 in einer transparenten Ansicht gemäß 2b während eines Abholvorgangs, d.h. den Moment der Entnahme der Spritzgussfeinteile 20, X, Y, Z aus dem Spritzgusswerkzeug 3. Die Luftströmung wird schematisch anhand von Pfeilen dargestellt. Durch die am Stutzeneinlass 13 angeordneten Druckluftdüsen 14 und der Venturi-Düse 30 entsteht eine Luftstrom-Mischung aus Druckluft D (schwarze Pfeile) und aus Unterdruck -p (weiße Pfeile). Sobald die Feinteile 20, X, Y, Z einen Druckluftstoß als Impuls bekommen, lösen sie sich von dem Auswurfstempel 50 des Spritzgusswerkzeugs 3 ab und werden zunächst über die Druckluft D, dann weiter über den Unterdruck -p, der sich vor der Venturi-Düse 30 aufbaut beschleunigt, so dass sie dem Schlauch 15 folgend aus der Anlage heraus in einem Behälter geleitet werden, und dort sofort zur weiteren Verarbeitung bereit stehen.
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Typischerweise werden in Spritzgusswerkzeugen aus wirtschaftlichen Gründen mehrere Spritzgusserzeugnisse in einem Schritt in einem Spritzgussprozess hergestellt. Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch ein Einzelnes im Spritzgussverfahren hergestelltes Spritzgussfeinteil.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzgussmaschine
- 2
- Handlingsystem
- 3
- Spritzgusswerkzeug
- -p
- Unterdruck
- 8
- Absaugeinheit
- 10
- Verteilereinheit
- 11
- Verteilerblock
- 12
- Verteilerstutzen
- 13
- Stutzeneinlass
- 14
- Druckluftdüse
- 15
- Saugschlauch
- 16
- Grundträger
- 20
- Spritzgussfeinteil
- 30
- Venturi-Düse
- 31
- Venturi-Rohr, ein mit Druckluft am Stutzeneinlass beaufschlagtes Rohr
- 40
- Füllstandssensor
- 50
- Auswurfstempel
- D
- Druckluft
- A
- Detailansicht A
- X
- Spritzgussfeinteil, Spulenkörper
- Y
- Spritzgussfeinteil, Stopfen
- Z
- Spritzgussreinteil, Stift
