Nur eine kleine Auswahl von 46 Robotern und Handhabungs-geräte die in der digitalen Marktübersicht vorhanden sind. (Bild: Arburg, Wittmann Battenfeld, Krauss Maffei, Engel)
Universelle Verwendung der Roboter mit der Möglichkeit ihrer Umsetzung auf verschiedene Maschinen, einfaches Programmieren ohne Programmierkenntnisse, gesteigerte Arbeitsgeschwindigkeit und -präzision sowie Einbindung in eine zentrale Steuerung und mobile Überwachung steigern die Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes weiter.
Nach wie vor dient die Weiterentwicklung der Handhabungsgeräte und Roboter der Produktivitätssteigerung von Produktionsprozessen der verschiedensten Art und so auch der Kunststoffverarbeitung, zu der hier die Mitteilungen von Firmen, die im Rahmen der Aktualisierung des Blicks in den Markt erfolgten, zusammengefasst sind.
Nachdem nun auch Pick-and-Place-Geräte dem Trend „Pneumatic goes Servo“ folgen, wie Wittmann das Ausrüsten dieser Geräte mit Servosystemen umschreibt, ist es verständlich, dass Firmen zum Begriff der Handhabung kaum noch Hinweise geben. Auch diese Geräte weisen mit der Ausrüstung nun alle Eigenschaften von Robotern auf, worauf Arburg schon im vergangenen Jahr hinwies. Beschäftigen wir uns also mit dem, was zu Robotern Neues mitgeteilt wurde.
Einfache Beherrschbarkeit
Das Jahr „2015 steht im Zeichen der Vertiefung der Entwicklungen von 2014“ berichtet Wittmann. Dabei „geht es vom allem darum, eine vereinfachte Programmiersprache an den Kunden individuell anzupassen, wobei stets die Klarheit und Universalität im Vordergrund steht.“ Kundenspezifische Adaptierungen dürfen dabei „das Gesamtsystem nicht zu komplex werden lassen. Die einfache Beherrschbarkeit durch den Bediener muss stets die oberste Prämisse sein.“
Zur Eingangs angesprochenen Steigerung der Produktivität verweist Engel darauf, dass „der Automatisierungsgrad in den Betrieben der Kunststoffverarbeitung weltweit weiter rapide ansteigt.“ Für diese Entwicklung werden verschiedene Treiber benannt. Darunter sind „der Wunsch nach einer höheren Produktqualität, nach stabileren Prozessen oder mehr Effizienz, der Einsatz innovativer Verfahrenstechnologien oder die zunehmende Integration von Arbeitsschritten. Neben maßgeschneiderten Automatisierungslösungen für anspruchsvolle Anwendungen verzeichnen auch standardisierte Roboter für einfache Pick-and-Place-Aufgaben eine verstärkte Nachfrage. Immer seltener werden fallende Teile produziert, und gerade in diesem Bereich gibt es auch in Westeuropa, wo der Automatisierungsgrad weltweit bereits am höchsten ist, noch Wachstumspotenzial.“
Die Flexibilität in der Fertigung wird nach Krauss Maffei durch „Integration von Robotern in flexibel positionierbare Zellen“ erreicht, „die einfach positioniert, umgesetzt und in Betrieb genommen werden können“, was zu kürzeren Inbetriebnahme-Zeiten und schnelleren Produktwechseln führt. Dies spricht auch Engel im „Bereich der Pick-and-Place-Anwendungen“ an. Hier „wünschen sich die Anwender eine One-for-all-Lösung“, die mit einem Roboter erfüllt wird, „der sich flexibel von einer Spritzgießmaschine auf eine andere transferieren lässt und der sowohl auf eigenen Spritzgießmaschinen als auch auf Maschinen anderer Marken eingesetzt werden kann. In diesem Anwendungsfeld gilt es, ein Overengineering zu vermeiden und besonders wirtschaftliche Roboter einzusetzen.“
Wichtig ist den Anwendern laut Engel zudem „eine besonders einfache Handhabung. Der Roboter sollte möglichst ohne maschinenspezifische Anpassungen in Betrieb genommen werden können und eine hohe Sicherheit bieten. Auch weniger qualifiziertes Personal soll damit komfortabel und sicher arbeiten können. Dies wird unter anderem durch die intuitive Bedienerführung, userspezifische Ansichten und die Integration der Robotersteuerung in die Steuerungsumgebung der Spritzgießmaschine gewährleistet. Der Bediener muss sich so nicht in zwei unterschiedliche Bedienphilosophien einarbeiten. Gleichzeitig steigt durch die Steuerungsintegration die Produktivität und Effizienz, da Roboter und Maschine auf eine gemeinsame Datenbasis zugreifen und ihre Bewegungsabläufe im Sinne einer maximalen Gesamteffizienz aufeinander abstimmen.“
Auch Krauss Maffei weist darauf hin, dass die Programmierung der Roboter auch ohne Programmierkenntnisse fehlerfrei durch das Bedienpersonal erfolgen kann mittels Bedienassistenten, die in die Steuerung integriert sind. Das automatische Erstellen von Programm-Abläufen lässt eine zeitaufwändige Fehlersuche im Programmcode entfallen. Dieser kann, falls Programmierkenntnisse vorhanden sind, auch modifiziert und angepasst werden.
Beim Einsatz von Robotern besteht nach Engel ein genereller Trend darin, „die Produktivität pro Quadratmeter Fertigungsfläche zu erhöhen. Dies bedeutet, dass die Fertigungszellen immer kleiner werden.“ Roboter sollten daher „keinen oder nur wenig Platz benötigen.“ Sowohl Wittmann als auch Engel weisen hierzu auf neue Geräte hin, deren Kinematik eine platzsparende Integration dieser Geräte in die Schutz-Umhausung der Spritzgießmaschine ermöglicht. Dazu berichtet Arburg, dass mit kleineren Robotern ein noch flexiblerer und platzsparenderer Einsatz mit zudem „deutlich besserem Preis-Leistungs-Verhältnis“ möglich ist. Beispielhaft wird auf „autarke und damit mobile Zellen mit hängendem Roboter“ hingewiesen. Diese Lösung bietet den „weiteren Vorteil, dass die Bodenfläche unterhalb nutzbar bleibt. Kombiniert mit einer Linearachse lässt sich der Arbeitsraum vergrößern und gleichzeitig sehr schnell ins Werkzeug eingreifen.“
Antriebstechnik und Energie-Effizienz
Am Einsatz von Servoantrieben führt für Hersteller von Handhabungsgeräten und Robotern für den Einsatz in der Kunststoff-Verarbeitung wohl kein Weg mehr vorbei. Eingesetzt werden, wie Mitsubishi schreibt, „kompakte Hochleistungs-Servo-Motoren“ mit „rohstoffoptimierter Auslegung“. Sie weisen „redundante Sicherheitstechnik“ und schon integrierte „Positionierkontrolle“ auf und verfügen über eine „leistungsfähige Regelung für schnelle Positionierung und Präzision.“ Dabei geht der Trend nach Engel „ganz klar zu einem minimalen Energiebedarf bei einer dennoch gesteigerten Produktivität. Der Schlüssel hierfür liegt im Einsatz intelligenter Software“, bei der sich „die Antriebsparameter automatisch der Applikation anpassen.“ Arburg hebt die Vorteile der servoelektrischen Antriebe für die Roboterachsen nochmals hervor. Die Vorteile im täglichen Einsatz dieser Antriebe sind der „Wegfall von Umrüstarbeiten an servoelektrischen Achsen und der Wegfall von Referenzfahrten beim Neustart sowie die hohe Dynamik bei gleichzeitig hoher Wiederholgenauigkeit. Zudem kürzere Zykluszeiten durch gleichzeitige und wegabhängige Bewegungen wie zum Beispiel synchron zu Auswerfern fahren oder während der Werkzeugöffnung einfahren. Auch das Programmieren beliebig vieler Achspositionen wie zum Beispiel ein Zwischenstopp über dem Werkzeug“ und bei derart ausgerüsteten Anguss-Pickern „die hohe Energie-Effizienz durch das Reduzieren von Pneumatikfunktionen auf die Greiferzange“ ist von Vorteil.
Auch bei den Aussagen von Krauss Maffei zur Antriebstechnik steht die Energie-Effizienz nach wie vor im Vordergrund und umfasst ebenfalls die Ventiltechnik mit dem Einsatz von Luftdüsen mit geringem Verbrauch. Als weiteren Trend vermeldet Krauss Maffei eine „steigende Nachfrage nach Highspeed-Ausführungen zur Reduzierung der Prozess-Zykluszeiten.“ Ein weiteres Mittel zur Senkung des Energieverbrauchs ist nach Mitsubishi „Monitoring und Optimierung durch Reduktion von Spannungs-Spitzen“ und „intelligente Energieverteilung zwischen den Mehrachsantrieben durch gemeinsame Regelung und Steuerung.“
Intelligente Steuerungen
Engel spricht von einer intelligenten Steuerung, die die Maschine mit der Robotik vereint, „um hier eine gemeinsame Basis für Datenmanagement und Bedienung zu erzielen“ mit der Möglichkeit, die Fehlerquote durch die Steuerungs-Integration deutlich zu reduzieren. Neben der Integration der Robotersteuerung können auch die Steuerungen „zusätzlicher Peripherie wie Transfer- und Zuführsysteme“ eingebunden werden. Diesen Trend zur Vernetzung sieht auch Wittmann und führt aus, dass „die Prozess- und Datenüberwachung mit den gestiegenen Qualitätsanforderungen immer wichtiger wird. Um diesen Anforderungen zu entsprechen, ist eine umfassende und kontinuierliche Prozess-Erfassung und Optimierung vonnöten. Diese wird den Produzenten durch die kontinuierliche Verfügbarkeit der Produktionsdaten möglich gemacht, einerseits durch rasche Kontrolle der Prozessparameter auf Mobil- und Endgeräten als auch umfassend in Produktionsüberwachungssystemen, welche alle Einflussgrößen der Fertigung mit einbeziehen.“ Mitsubishi spricht in diesem Zusammenhang von „Sicherheitstechnik mit und für Robotik“ und beschreibt dies als „einfache Integration und Steuerung der Systeme von einer Plattform aus“ mit „Monitoring, Datalogging und Dokumentation an einer zentralen Stelle mit Verbindung zu Prozess-Management-Systemen.“
