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Hohe Dynamik der Geräte und geringer Energieverbrauch sind
keine Gegensätze, die sich bei modernen Geräten für die Automatisierung der Fertigungsprozesse gegenseitig ausschließen. Möglich machen dies neben Servomotoren mit hohen Wirkungsgraden Maßnahmen, die eine Rückgewinnung der Bewegungsenergie der Achsen beim Abbremsen ermöglichen und diese zurück gewonnene Energie erneut für das Antreiben der Achsen zur Verfügung stellen. An die jeweilige Situation angepasste und gegebenenfalls reduzierte Dynamik verringert ebenfalls den Energiebedarf.
Obwohl der Energieverbrauch von Handhabungsgeräten und Robotern im Gesamtbereich der Kunststoffverarbeitung ohnehin vergleichsweise niedrig ist, wurden in der Branche Methoden entwickelt, die den Bedarf an Energie für das Betreiben der Geräte spürbar senken. Sowohl Wittmann als auch Arburg verwenden servoelektrische Antriebe mit Energierückspeisung beim Abbremsen der Bewegung. Damit können, wie Wittmann darstellt, unmittelbar Motoren an anderen Achsen versorgt werden oder es kann eine Speicherung der Energie in so genannten Zwischenkreiskondensatoren erfolgen, aus denen diese Energie für die nächste Beschleunigungsphase wieder herangezogen wird. Weitere Methoden zur Energiesenkung sind die maximal erreichbare Dynamik eines Roboters oder Handhabungsgeräts nicht einschränkende ökonomische Betriebsweise, wie Wittmann berichtet. Dieser Betriebsmodus lässt die maximal mögliche Dynamik dann zu, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Andernfalls wird eine zurückhaltende Fahrweise gewählt, die dem zugehörigen Fertigungsprozess entspricht und diesen nicht beeinträchtigt. Neben dem verringerten Energieverbrauch werden auch die mechanischen Komponenten geschont und die Lebenserwartung des Geräts erhöht. Die erzielbare Energieeinsparung kann mit der Anwendung dieses Betriebsmodus 40% und mehr betragen, ein Wert, den auch Engel für die von diesem Unternehmen eingesetzte Antriebstechnik angibt, wozu aktive Leistungsversorgungsmodule gehören.
Auch wenn die Handhabungsgeräte zunehmend mit Antrieben versehen werden, die der Ausrüstung der Industrieroboter entsprechen, haben sie in der Kunststoffverarbeitung nach wie vor ihre Berechtigung. Sie werden, wie Engel schreibt, besonders bei Großmaschinen als „Längsableger“ eingesetzt, die steif und dennoch leicht gebaut sind, Platzvorteile bieten und große Reichweiten realisieren. Als standardisierte Geräte mit fest konfigurierten Achslängen sind sie nach Arburg zu einem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis erhältlich und bieten so Kostenvorteile, die auch Engel hervorhebt. Durch den verstärkten Einsatz servo-elektrischer Antriebe werden umfassende Zykluszeitreduzierungen möglich, nach Arburg auch für einfache Pickerlösungen.
Beim Einsatz von Robotern, wie zum Beispiel Knickarm-Robotern, die nach Engel sehr flexible Automatisierungslösungen kostengünstig zulassen, liegt der Schwerpunkt, wie Arburg mitteilt, in der Entwicklung einer Bedienphilosophie, die der von Spritzgießmaschinen entspricht. Die so erreichte gleiche Bediensystematik macht spezielle Programmierkenntnisse für die Roboter überflüssig. Die einheitliche Programmiermöglichkeit hilft, den Aufwand für das Rüsten um bis zu 70% zu reduzieren, wie die Praxis zeigt. Mit Echtzeit-Anbindung zwischen der Spritzgießmaschinensteuerung und dem Roboter über eine Feldbus-Erweiterung in Verbindung mit der Standard-Roboter-Schnittstelle lassen sich auch komplexe synchronisierte Eingriffe ins Spritzgießwerkzeug einfach realisieren, was zu kürzeren Zykluszeiten und einer höheren Verfügbarkeit führt, wie Arburg ergänzt.
Die Steuerungen werden, wie Engel darstellt, heute so ausgelegt, dass sie für eine Gesamtanlage einschließlich der Peripherie beliebiger Komplexität geeignet sind. Deren Steuerung wird in die Anlagensteuerung integriert. Auch Arburg verweist darauf, dass mit der Spritzgießmaschinen-Steuerung die gesamte Produktion zentral zu managen ist. Diese Zusammenfassung der Steuerungen für Spritzgießmaschine, Handhabungsgerät, Roboter und Peripherie bringt Betreibern gleich mehrere Zeit- und Kostenvorteile, wie die schon angesprochene einheitliche Bediensystematik und die Synchronisation von Roboter- und Maschinenbewegungen für kurze Zykluszeiten sowie die zentrale Überwachung und Ansteuerung der angeschlossenen Peripherie abhängig von den Maschinenbewegungen. Menügeführtes Einrichten mittels interaktiver Teach-in-Funktionen macht Umrüstungsvorgänge einfacher und schneller. Dazu muss der Bediener die Steuerung nicht mehr bis ins Detail kennen. Wittmann weist auf zunehmende Sicherheit durch Vereinfachung der Bedienung hin, die durch spezielle Funktionen der Steuerungen erreicht werden. Dazu zählt eine Funktion, mit der der Automatik-Modus des Roboters oder des Handhabungsgeräts erhalten bleibt, auch wenn die Spritzgießmaschine in den manuellen Modus versetzt wird und auch wenn der Sicherheitskreis durch Öffnen der Maschinen-Schutztür unterbrochen wird. Ohne weiteren „Anstoß“ arbeitet das Gerät weiter, wenn die Spritzgießmaschine wieder in den Automatikbetrieb geschaltet wird. Im Hintergrund laufen dabei und bei weiteren Funktionen der Steuerung andere Programme ab, die dazu dienen, Kollisionen und damit Beschädigung mechanischer Komponenten zu vermeiden. Diese Funktionen kommen auch zum Tragen beim Eingeben neuer Programme und bei Testläufen. Eine weitere Funktion unterstützt das „Auffinden“ und Greifen zu entnehmender Teile bei nicht toleranzfreiem Öffnungshub der Spritzgießmaschine durch Vakuumdüsen, die über einen einstellbaren Schwellenwert die Näherungsbewegung stoppen. Für kritische Einlegevorgänge ermöglicht eine weitere Funktion durch Drehmomenten-Regelung das variable Einstellen der Einlegekraft. Bei Überschreiten dieser Kraft stoppt die Bewegung unverzüglich und schützt so die Kavität.
Zur Sensorik berichtet Engel, dass die Druckluftüberwachung mittels Vakuumsensor direkt in der Steuerung via Echtzeitbus erfolgt. Weiterhin werden dezentrale Sensorboxen entwickelt. Die Funktions-Überwachung der Geräte erfolgt komfortabel an der Steuerung, so dass für Einstellarbeiten Aufstiegshilfen an den Geräten entfallen können. Zunehmend werden alle Achsen der Geräte mit Absolut-Wertgebern ausgestattet, die eine Initialisierung der Geräte nach dem Einschalten überflüssig machen, wie Wittmann darstellt.
Auch Arburg berichtet, dass sich servoelektrische Antriebe mit Absolut-Wegmessung mehr und mehr durchsetzen. Daraus resultierende Vorteile sind der Wegfall von Umrüstarbeiten, der Wegfall der Referenzfahrten beim Neustart, die hohe Dynamik der Geräte bei gleichzeitig hoher Wiederhol-Genauigkeit und die gleichzeitige und wegabhängige Bewegung der Achsen. Zusätzlich sind viele Achspositionen programmierbar. Diese Vorteile führen zu hoher Wirtschaftlichkeit durch kurze Eingriffszeiten.
Bei den Greifern wird von Arburg nach wie vor wachsende Komplexität festgestellt, bedingt durch eine geforderte immer genauer arbeitende Entnahme, wie sie von AGS berichtet wird. Erforderlich sind hiernach neu gestaltete Greifsysteme, da die auf dem Markt üblichen Systeme mit Nuten-Feinklemmung die vorstehende Forderung nicht mehr erfüllen können. Vor allem bei Greifern ist, wie Engel darstellt, Leichtbau zur Gewichtsoptimierung erforderlich. Dies führt zum Einsatz von CFK-Greifern.
Die Einsatzfelder der Handhabungsgeräte und Roboter in der Kunststoffverarbeitung werden vor allem bestimmt durch den Zwang zur weiteren Steigerung der Teilequalität, wie Arburg ausführt. Der Einsatz der Geräte verbessert die Prozessstabilität und trägt dadurch zur Erhöhung der Teilequalität bei. Immer häufiger erfolgt mittels der Geräte eine Integration vor- und nachgeschalteter Arbeitsgänge für die zu fertigenden Artikel, auch wenn diese Teilschritte nur eine geringe Auslastung der Anlagen bewirken. Zudem werden vermehrt die Artikel-Kennzeichnung zum Beispiel für die Teile-Rückverfolgbarkeit oder die Aufbringung von Prozesskennwerten und die Artikelprüfung bis zu 100% durch Kamerasysteme installiert. Auch werden Automations-Anlagen mit Hilfe von Robotern für eine Teilefamilie beziehungsweise mehrere unterschiedliche Artikel ausgelegt, um kleine Bedarfsmengen wirtschaftlich fertigen zu können.

Entwicklungstrends
Gebremster Energieverbrauch

Auch bei Handhabungsgeräten und Industrie-Robotern ist die Forderung nach verringertem Energieverbrauch aktuell. Die anbietenden Firmen reagieren darauf mit Maßnahmen, die der Rückgewinnung von Energie beim Abbremsen von Bewegungen dienen. Rückgewonnene Energie wird unmittelbar in aktive Antriebe geleitet oder in Kondensatoren zwischengespeichert, um beim folgenden Beschleunigungsvorgang wieder zur Verfügung zu stehen. Eine weitere Maßnahme ist, die hohe Dynamik der Geräte nur zu nutzen, wenn dies der Produktionsablauf erfordert und im Übrigen geringere Geschwindigkeiten zu verwenden, was darüber hinaus auch die Geräte schont und deren Verfügbarkeit erhöht. Im Bereich der Spritzgießmaschinen sind Lineargeräte nach wie vor gefragt, wenn auch der geforderten hohen Dynamik und der Arbeitspräzision wegen mit Servo-Antrieben ausgerüstet.

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Werner Hoffmanns