Roboter im Einsatz: Die 6-Achser legen zu umspritzende Schrauben in Gehäuseteile. (Bildquelle: Arburg)

Roboter im Einsatz: Die 6-Achser legen zu umspritzende Schrauben in Gehäuseteile. (Bildquelle: Arburg)

„Die individuelle Anpassung von Robot-Systemen an spezielle Anforderungen nimmt weiter zu“, berichtet Arburg, Loßburg, und spricht das Beispiel der verschiedenen Bauweisen bei linearen Robot-Systemen an, wonach diese, neben dem Standard-Queraufbau zur Spritzgießmaschinenrückseite, zum Beispiel in Längsrichtung, über der beweglichen Aufspannplatte oder zur Bedienseite hin angeordnet werden. Auf individuelle Anpassungen geht auch Engel, Schwertberg, Österreich, ein und berichtet von einer Anforderung aus dem Markt, wonach die Roboter von der Maschine aus Europaletten vollständig erreichen müssen. Dafür setzen laut Engel viele Anwender einen größeren Roboter ein, als es das Manipulationsgewicht eigentlich erfordert. Um Kosten und Platz zu sparen, wird die Reichweite von Linearrobotern verlängert. In der Langausführung erreichen diese Roboter bei identischen Traglasten und maximaler Dynamik längere Entformungshübe und damit Europaletten vollständig. Durch diese Hubverlängerung wird der Handlingbereich kompakt gehalten und die Investitionskosten gesenkt. Diesen Trend, „der klar in den Bereich der optimalen Raumnutzung geht“, spricht auch Wittmann Battenfeld Deutschland, Nürnberg, an. Demnach sollen Achsen minimale Überlängen aufweisen, um die CE-konformen Schutzeinrichtungen kompakt ausführen zu können. Kompakte Lösungen sind laut Wittmann Battenfeld auch bei Angusspickern gefragt. Dazu berichtet Engel von einem pneumatischen Gerät, das „anstelle einer klassischen starren X-Achse einen Schwenkarm besitzt, der auf engstem Raum agiert.“

Vernetzung vereinfacht Prozessoptimierung

Beim Thema Steuerungen zeichnet sich gemäß Wittmann Battenfeld Deutschland eine „verstärkte Nachfrage nach Vernetzung“ ab. Dabei gehe es um einen möglichen Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Teilnehmern einer Produktionszelle. Als weiterer Punkt wird die tiefgreifende Systemanalyse genannt. „Prozesse und Abläufe in der Programmierung sollen durchleuchtbar und exakt analysierbar sein, um eine präzise Optimierung möglich zu machen“, schreibt Wittmann. Engel merkt zu diesem Thema an, dass die „Integration von Maschinen- und Robotersteuerung immer mehr für die automatische Ermittlung der optimalen Prozessabläufe und sicheren Bewegungen der Geräte eingesetzt wird“. So wird zum Beispiel die Einfahrbewegung des Roboters in die Form vom Maschinenöffnungsprofil und das Schließverhalten der beweglichen Platte von der Ausfahrbewegung des Roboters abgeleitet. Dies erspart gemäß Engel manuellen Programmier- und Optimierungsaufwand. Bei Änderungen an der Maschine passt sich der Roboter selbsttätig an. Fehler und kostspielige Kollisionen werden dadurch vermieden. „Alle Bewegungen und Synchronisationen werden schnellstmöglich ausgeführt, was die Handlingzeiten und damit die Werkzeugoffenzeiten verkürzt“, schreibt das österreichische Unternehmen. Darüber hinaus würden Sicherheitsbereiche automatisch überprüft und Notbremsungen durch Verzögerungen beziehungsweise Stopps von Bewegungen eingeleitet.

Komplexe Prozesse sicher beherrscht

Arburg spricht die weiter zunehmende Komplexität von automatisierten Fertigungszellen an. „Dadurch steigen auch die Anforderungen an Steuerungen, die komplexer werdenden Abläufe für Bediener einfacher beherrschbar zu machen“, schreibt das Loßburger Unternehmen. Dies wird durch eine zentrale Steuerung erreicht, die als Einstell- und Kontrollsystem für den gesamten Spritzgießprozess fungiert und auch die Programmierung von integrierten Robot-Systemen und Peripheriegeräten umfasst. Hinzu kommen Assistenzfunktionen und ein erweiterter Signalaustausch. Dadurch ergibt sich für Bediener auch mehr Funktionalität, zum Beispiel bei der Synchronisierung von Bewegungen. Smarte Maschinensteuerungen sind darüber hinaus in der Lage, beispielsweise die Bewegungsgeschwindigkeiten des Robot-Systems zyklusabhängig vollständig autonom anzupassen. „Das reduziert den Energiebedarf und den Verschleiß und spart darüber hinaus Zeit und Kosten beim Einrichten, da diese dynamische Anpassung der Bewegungsgeschwindigkeit nicht programmiert werden muss“, resümiert Arburg.

„Die steuerungstechnische Verschmelzung von Maschine, Technologie und Automatisierung in integrierten Produktionszellen gewinnt weiter an Bedeutung“, stellt auch Engel fest. Diese vereinfacht die sichere Beherrschung komplexer Prozesse und steigert die Effizienz. Die integrierten Systemlösungen umfassen von kompakten einfachen, mechanisch in die Maschine integrierten Pick-and-place-Automatisierungslösungen über modulare Boxtransfer- und Trayserverlösungen bis zu Anwendungs- und individuellen Kunden-Sonderlösungen, ein breites Spektrum an Robotern und Automatisierungskomponenten. „Weitere Vorteile für den Anwender sind kompaktere Fertigungszellen, eine gute Zugänglichkeit zu den Anlagenkomponenten, mehr Sicherheit ohne Zertifizierungsaufwand für den Anwender sowie mehr Effizienz und kürzere Zykluszeiten durch die bestmögliche Synchronisation der Komponenten“, fügt Engel hinzu. Universal Robots Deutschland, München, berichtet, dass es für Roboterhersteller „zunehmend wichtiger wird, für ihre Partner und Kunden zusätzliche Mehrwerte rund um die eigenen Produkte zu schaffen“. Zum Beispiel können Peripheriegeräte, wie etwa Greifer, Vision-Systeme, Software und weitere Komponenten verschiedener Hersteller als Plug & Play-Produkte für Roboter bereitgestellt werden. „Jeder kann sich so nach Belieben seine individuelle Anwendung modular zusammenstellen und dabei sichergehen, dass alles reibungslos miteinander funktioniert“, schreibt Universal Robots weiter. Das Unternehmen befürwortet auch eine Roboterhersteller übergreifende Vereinheitlichung der Schnittstellen.

Unkomplizierte Aufrüstung vorhandener Roboter

Bei der Antriebstechnik der Roboter sieht Wittmann Battenfeld Deutschland die Aufrüstbarkeit im Fokus. „Durch schnell wechselnde Anforderungen der Applikationen an das Robotsystem wird immer gefordert, nachträglich Komponenten in ein bestehendes System einzubinden“, schreibt das Nürnberger Unternehmen. Für zusätzliche Rotationsachsen oder auch E/A-Module erfolgt dies inzwischen unkompliziert. Durch das stetig wachsende Angebot auch an kleineren Mehrachs-Robotern ist gemäß Arburg eine platzsparende, noch flexiblere Automation zu einem deutlich besseren Preis-Leistungs-Verhältnis möglich, so dass Roboter auch zunehmend zur Vor- sowie Nacharbeit eingesetzt werden. „Fertigungszellen, in denen zwei oder drei Roboter Hand in Hand arbeiten, sind heute keine Seltenheit mehr“, verdeutlicht Arburg.

Greiferfunktionen energetisch im Fokus

Hinsichtlich Energieeffizienz merkt Arburg an, dass für die Bewegung von Roboterachsen heute überwiegend servoelektrische Antriebe eingesetzt werden. Sie arbeiten präzise, schnell und energieeffizient. Zudem lassen sie sich einfacher bedienen und rüsten. „Der Fokus zur weiteren Energieeinsparung liegt daher zunehmend auf den Greiferfunktionen“, schreibt das Unternehmen. Auf Basis eines echtzeitfähigen Netzwerksystems lassen sich demnach zum Beispiel Vakuumerzeuger deutlich energiesparender betreiben. Dank einer integrierten Vakuumregelung können Vakuumerzeuger in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schwellenwert automatisch ein- und ausgeschaltet werden. Somit werden gemäß Arburg auch Kosten und Ressourcen bei der Bereitstellung des Vakuums eingespart, ohne Einbußen beim Betrieb. Gleichwohl „verlieren Vakuumgreifer bei aktuellen Projekten etwas an Bedeutung“, teilt SAR Elektronic, Dingolfing, mit, „da die Energiebilanz und die Digitalisierung mit elektrischen Greifern entscheidend Einfluss nehmen.“

Funktionsverlagerung in die Greifer

Greifersysteme beinhalten immer mehr automatisierte Funktionen. (Bildquelle: Hekuma)

Greifersysteme beinhalten immer mehr automatisierte Funktionen. (Bildquelle: Hekuma)

Die Digitalisierung erfasst gemäß SAR immer tiefer auch das Engineering der Greifer und Werkzeuge in der Kunststoffverarbeitung. „Viele Prozessschritte, vom Vereinzeln, Be- und Entladen bis hin zum Prüfen mit Checkern oder Kamerasystemen werden im Greifer selbst oder innerhalb der Zykluszeit in den Bewegungsablauf der Bauteile integriert. Dadurch werden viele einzelne Arbeitsschritte inline geprüft. „Dies spart nicht nur Taktzeit, sondern minimiert auch aus Umwelt- und Kostengedanken den möglichen Ausschuss“, erklärt das Dingolfinger Unternehmen. Die in Greifer integrierten Funktionen – wie etwa Zwischenlagen-Handling, Umverpacken-Handling, Qualitätskontrolle des entnommenen Produkts, Schussgewichtüberwachung und Designerkennung sowie Einlegen von Inserts, Schrauben und Bolzen in die Werkzeuge – sprechen ASS Maschinenbau, Overath, Springer Systems Plastics, Achim, und Trapo, Gescher-Hochmoor, an. ASS Maschinenbau schreibt dazu, dass neben der stets aktuellen im Greifer integrierten Angusstrennung häufig Sensorik-Elemente zur exakten Positionierung und Überwachung des Greifers integriert werden. „Beides sind Stellschrauben für optimierte Zykluszeiten und Prozesssicherheit. Ebenfalls wird verstärkt Sensorik in den Greifern verbaut, um Mensch und Maschine zu schützen und noch mehr Sicherheit zu bieten. Zum Beispiel wird dies immer häufiger im Bereich der Schnellwechselsysteme eingesetzt“, berichtet ASS.

Qualitätssicherung durch Greifereinsatz

Zum Einsatz der Greifer in der Kunststoffverarbeitung teilt Springer Systems Plastics mit, dass „selbst kleinste Produkte, die früher Fallgut waren, jetzt gezielt und überwacht entnommen werden müssen“ und „komplexere Produkte wie 2K- und 3K-Teile immer komplexere Greifsysteme erfordern“. Wittmann Battenfeld Deutschland weist beim Einsatz von Greifern auf eine geforderte „höhere Genauigkeit bei Einlegeteilen bis 0,01 mm“ und auf eine „höhere Kavitätenanzahl“ hin. „Insbesondere dort, wo die Qualität der zu handhabenden Bauteile gesichert, reproduzierbar und rekonstruierbar sein soll, steigt der Automatisierungsgrad weiterhin stetig“, merkt ASS an. Weitere Kundenanforderungen seien eine hohe Qualität der eingesetzten Komponenten mit langen Standzeiten, geringen Rüst- und Wartungszeiten und einer hohen Prozesssicherheit.

Additive Fertigung senkt Greifergewicht

„Die Nachfrage nach individuellen Leichtbaulösungen im Greiferbau ist weiterhin vorhanden und wird projekt- und aufgabenspezifisch eingesetzt“, teilt ASS mit und berichtet weiter, dass hier neben 3D-gesinterten Sonderkomponenten und Karbonelementen neuerdings auch standardisierte Microbauteile zum Einsatz kommen. Auch SAR Elektronic verweist auf den Einsatz von 3D-Technologie, da hierdurch oftmals kleinere Roboter mit weniger Traglast, sofern die Reichweite passt, eingesetzt werden können. „Dies mindert Footprint und Invest“, resümiert SAR. „Da oft bereits Entnahmeroboter an den Anlagen vorhanden sind, müssen Greifersysteme bei höchstmöglicher Stabilität und Positioniergenauigkeit so leicht wie möglich sein“, stellt auch Springer Systems Plastics fest. Denn die Greifersysteme verfügen über eine definierte Kapazität hinsichtlich Beschleunigung und Tragfähigkeit, die durch das Gewicht des zu entnehmenden Produkts in Verbindung mit dem Entnahmegreifer nicht überschritten werden darf. Dies führt gemäß Springer oft zu einer Limitierung des Greifers. „Dem kann mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren für einzelne Bauteile bis hin zu kompletten Greifersystemen Rechnung getragen werden, um die jeweiligen Gewichte zu reduzieren“, schreibt das Unternehmen, und weiter: „Einzelne Bauteile wie zum Beispiel die Gehäuse der Greifzangen werden anstelle von Aluminium aus Kunststoff gefertigt, was ebenfalls zu Gewichtsreduzierungen führt. Die Verwendung von CFK/GFK-Bauteilen anstelle von Grundplatten und Profilstangen aus Aluminium oder Rundrohrsystemen aus Stahl führen ebenfalls zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung.“

Sanftes Greifen mit Vakuum

Bei der Antriebstechnik der Bauelemente ist gemäß Springer Systems Plastics die Pneumatik im Bereich von 4 bis 6 bar Standard. Da die Erzeugung der Druckluft jedoch sehr kostenintensiv sei, bestehe auch ein Trend hin zu elektrischen Antrieben vor allem bei den Greifzangen. „Die immer noch sanftere Methode zur Handhabung ist aber das Greifen der Bauteile mit Vakuumsaugern“, betont das Unternehmen. Das Vakuum selbst wird demnach in der Masse der Anwendungen mit Hilfe von Ejektoren erzeugt, die ebenfalls optimal auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden können. „Mit Hilfe eines hohen Volumenstroms sind somit auch luftdurchlässige leichte Bauteile mittels Vakuum handhabbar“, merkt Springer an und fährt fort: „Wann immer eine entsprechende Fläche vorhanden ist, empfiehlt sich der Einsatz von Vakuumsaugern. LABS-freie Materialien, die eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, eignen sich somit auch für die Entformung heißer Kunststoffteile, die im Nachgang noch lackiert oder einer anderweitigen Beschichtung unterzogen werden.“

Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

office@hoffmanns-texte.de