Strohhalme sind keine spektakulären und technisch ausgefallenen Produkte. Dennoch können auch sie preiswürdig sein oder zum Symbol werden.

Strohhalme sind keine spektakulären und technisch ausgefallenen Produkte. Dennoch können auch sie preiswürdig sein oder zum Symbol werden. Weil sie wie andere Einwegartikel aus Kunststoffen in großen Mengen ins Meer gelangen, wurden sie zum Sinnbild für Umweltverschmutzung und die Wegwerfgesellschaft. Hersteller von bioabbaubaren Polymeren haben sie deshalb als ideales Feld für ihre Materialien identifiziert.

Ein solches Produkt, der Strohhalm Phade des US-amerikanischen Herstellers WinCup, wurde nun von der Plastics Industry Association mit dem „Innovation in Bioplastics Award 2020“ ausgezeichnet. Er besteht aus dem Biokunststoff Polyhydroxyalkanoat (PHA) und soll in allen Umgebungen, auch im Meer, vollständig abbaubar sein, ohne Mikroplastikpartikel zurückzulassen. Gerade diese Eigenschaft wird bei bioabbaubaren Kunststoffen immer wieder bezweifelt und ist einer der großen Kritikpunkte an den Materialien. Das ab nächstem Jahr in der EU geltende Verbot für Einwegartikel aus Kunststoffen gilt deshalb auch für den preisgekrönten Strohhalm. Produkte aus bioabbaubaren Kunststoffen sind darin explizit eingeschlossen.

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Im Jahr der Covid-19-Pandemie stehen vor allem digitale Services im Fokus – aber nicht nur

Ein Jahr nach der K haben viele Hersteller von Anlagen, Geräten und Werkstoffen wieder interessante Neuheiten entwickelt, können sie aber wegen der vielen Messe-Absagen kaum der Öffentlichkeit präsentieren. Wir berichten auf diesen Seiten thematisch geordnet über die aktuellen Highlights der Branche und beginnen hier mit dem Spritzgießen.

Die Wittmann Battenfeld GmbH, Kottingbrunn/Österreich stellt ihre Produktneuerungen in diesem Jahr in Form von Videopräsentation vor, die Interessierte u. a. auf dem firmeneigenen Youtube-Kanal anschauen können. Im Zuge der Kreislaufwirtschaft präsentiert das Unternehmen mit dem Ingrinder eine Spritzgießfertigungszelle, die den Kaltkanalanguss unmittelbar als Mahlgut zurück in den Prozess fördert. Dazu entnimmt ein Angusspicker den Anguss aus dem Werkzeug und führt ihn einer Mühle zu. Eine Saugförderanlage transportiert dann zur besseren Durchmischung abwechselnd Mahlgut und Neuware in den Materialtrichter der Maschine. Wittmann Battenfeld demonstriert das Vorgehen mit der Herstellung einer Dose mit Deckel in einem 2+2-fach Werkzeug auf einer SmartPower-Maschine.

Hinsichtlich der Produktionsplanung und -überwachung arbeitet Wittmann Battenfeld mit ICE-flex zusammen. Maschinen und Peripheriegeräte lassen sich über die Schnittstellen Euromap 63 und 77 bzw. Wittmann 4.0/ OPC UA in die MES-Software Temi+ des italienischen Herstellers einbinden (Bild 1). Das für die Kunststoffindustrie konzipierte System bietet neben einem Produktionsplaner auch die Möglichkeit, den Energie- und Materialverbrauch grafisch zu visualisieren sowie Aktoren und Alarmreaktionen zu programmieren. Das neue Frontend erlaubt es zudem, Produktionsaufträge per Drag & Drop zu ergänzen und zu verschieben, Wartungszyklen zu planen und eine wöchentliche Auftragsagenda zu erstellen.

Dass der neue Handlingroboter Wittmann Sonic 131 für kurze Zykluszeiten ab 4 s eingesetzt werden kann, zeigen die Österreicher mit einer schnelllaufenden Verpackungsanwendung. Eine Maschine des Typs EcoPower Xpress 300/1100+ stellt einen Magarinebecher in 4 s her, den der Handlingroboter von oben aus der Maschine entnimmt.

Die Herstellung von Kleinstbauteilen im Reinraum wird mit einer medizintechnischen Anwendung demonstriert. Eine Mikrospritzgießmaschine des Typs MicroPower 15/10 mit einer Schließkraft von 150 kN stellt in einem 8-fach-Werkzeug 2 mg schwere Halteringe für Miniaturschläuche her. Nach einer optischen Qualitätsprüfung werden die Halteringe kavitätengetrennt in Transportbehälter sortiert.

Auf einer vollelektrischen Maschine SmartPower 120/350 wird ein Flüssigsilikonkautschuk (LSR) zu einem Drinktimer verarbeitet. Das 2-fach-Werkzeug von Nexus Elastomer Systems ist mit einem Kaltkanal und der Nadelverschlussregelung Flowset ausgestattet, um eine angusslose und gratarme Bauteilherstellung zu ermöglichen. Eine maschinentechnische Besonderheit findet sich in der Plastifiziereinheit. Deren offene Bauweise ermöglicht eine einfache Integration der LSR-Dosieranlage.

Die Engel Austria GmbH, Schwertberg/Österreich, stellt in diesem Jahr die neue Generation ihrer vollelektrischen Maschinenbaureihe e-mac in den Fokus. Mit der Herstellung von Pipettenspitzen in einem 64-fach-Werkzeug des Schweizer Werkzeugbauers Tanner mit einer Zykluszeit von 6 s zeigt Engel zur Markteinführung einen Prozess, der an den Einspritzvorgang und – aufgrund der langen filigranen Kerne – auch an die Werkzeugbewegungen hohe Präzisionsanforderungen stellt. Am Zyklusende entnimmt ein Linearroboter des Typs viper 20 die Pipettenspitzen aus dem Werkzeug und legt sie nach Kavitäten sortiert ab.

Im Vergleich zur jeweiligen Vorgängerversion präsentieren sich die neuen e-mac-Modelle aufgrund einer optimierten Kniehebelgeometrie wesentlich kompakter. So ist die zur Markteinführung im Oktober vorgestellte Maschine des Typs e-mac 265/180 (Bild 2) mit 1800 kN Schließkraft bei gleichem Öffnungshub 450 mm kürzer als die Vorgängermaschine. Sie zählt damit nach Herstellerangaben zu den kompaktesten vollelektrischen Maschinen ihrer Leistungsklasse. Das neu entwickelte Spritzaggregat weist eine höhere Dynamik auf und steht in drei verschiedenen Leistungsklassen zur Verfügung. Optional können die etablierten Assistenzsysteme wie iQ weight control oder iQ flow control in die Maschine integriert werden. Je nach Anwendung lässt sich eine Automatisierungszelle bestehend aus Qualitätskontrolle, Trayserver oder Boxenwechsler zusammenstellen. Auch hier legt Engel den Fokus vor allem auf einen möglichst kompakten Bauraum.

Prozesssimulation mit smarter Datenverwaltung

Als Vertriebspartner der Coretech System Co. Ltd. aus Taiwan stellt die SimpaTec GmbH, Aachen, im Jahr 2020 eine neue Version der Spritzgießsimulationssoftware Moldex3D vor. Das neue Release umfasst nicht nur neue Funktionalitäten und Verbesserungen in der Abbildung von Sonderverfahren, sondern auch ein benutzerübergreifendes Datenverwaltungssystem. Der verbesserte Solver verkürzt die Berechnungszeiten nach Angaben des Herstellers um mehr als 20 %. Zeit spare der Nutzer auch aufgrund neuer Geometrie- und Netzreparaturfunktionen und weil Konstruktionen sich schneller ändern lassen.

Die neue Cloud-basierte Datenverwaltungsplattform iSLM wurde speziell für Unternehmen der Kunststofftechnik entwickelt. Die Speicherstruktur beruht auf Werkzeugnummern und sichert neben den Simulationsergebnissen Daten wie die Größe von Modellmerkmalen, Anschnitttyp und -größe, Temperiersysteme sowie Abmusterungsparameter. Ein oder mehrere Nutzer können die Daten in der Plattform während des gesamten Produktentwicklungszyklus fortlaufend ablegen.

Im Bereich der Sonderverfahren bietet die neue Version genauere Vorhersagen für RTM (Resin Transfer Molding) und das Schaumspritzgießen mit chemischen Treibmitteln. Für das RTM-Verfahren liegt das Augenmerk auf einer verbesserten Verzugsberechnung. Beim chemischen Schäumen kann sich der Nutzer jetzt auch die Auflösung und Temperatur des aufschäumenden Gases berechnen lassen (Bild 3).

Hohe Qualität durch Viskositätsregelung

Die Firma Priamus System Technologies, Schaffhausen/Schweiz, reagiert auf den Trend zum zunehmenden Einsatz von Biokunststoffen und Rezyklaten mit adaptiven Prozessregelungssystemen, um trotz höherer Prozessschwankungen Bauteile mit reproduzierbarer Qualität herstellen zu können. Das Prozessüberwachungs- und Regelsystem Fillcontrol regelt die Schmelzeviskosität mithilfe eines patentierten Verfahrens automatisch und stellt sicher, dass sich gerade bei der Verarbeitung von Biokunststoffen die Bauteilqualität Zyklus für Zyklus verlässlich innerhalb der vorgegebenen Toleranzen bewegt (Bild 4).

Die Arburg GmbH + Co KG, Loßburg, sieht großes Potenzial in der Digitalisierung, um zum einen die Produktionseffizienz und zum anderen den Kundenservice zu verbessern. Das seit März 2019 verfügbare Kundenportal arburgXworld haben die Loßburger bereits auf der K 2019 mit den zentralen Apps der Basisversion MachineCenter, ServiceCenter, Shop und Calendar vorgestellt. Weitere kostenpflichtige Service- und Überwachungsfunktionen lassen sich kundenspezifisch freischalten. Die App VirtualControl etwa ermöglicht es dem Anwender, die Maschinensteuerung am PC oder Tablet zu simulieren, um Datensätze zu erstellen, Abläufe zu optimieren oder Mitarbeiter zu schulen. Um den Zeitaufwand der Produktionsplanung und Arbeitsvorbereitung zu reduzieren, kann der Kunde mit der MachineFinder-App auf Basis von material- und prozesstechnischen Daten eine passende Schließ- und Plastifiziereinheit auswählen.

Daten zum Produktionsverlauf lassen sich über das optional erhältliche Maschinendashboard in Form von Trenddiagrammen visualisieren. Auch das Arburg Leitrechnersystem ALS (das firmeneigene MES) kann der Kunde in das Dashboard integrieren. Neben der Produktionsplanung und der Erfassung von Produktionsdaten ermöglicht das System die Rückverfolgbarkeit von Bauteilen, wie Arburg auf der K 2019 mit der Herstellung von Sonnenbrillen gezeigt hat.

Zu Beginn der Corona-Pandemie hat Arburg zusammen mit dem Schweizer Kunststoffhersteller Ems-Chemie und Uvex die Fertigungszelle adaptiert und zur Herstellung zertifizierter Schutzbrillen eingesetzt. Neben der Herstellung von 2K-Mund-Nase-Schutzmasken aus LSR und PP stellt dies eines von zwei Projekten zur Herstellung von Schutzausrüstung dar. Die Corona-Pandemie hat jedoch auch Auswirkungen auf digitale Servicedienstleistungen des Maschinenherstellers. So ist jetzt eine digitale Maschinenabnahme möglich, bei der ein Arburg-Mitarbeiter über ein Tablet mit dem Kunden das Lastenheft durchgeht, bevor die Maschine beim Kunden in Betrieb genommen wird (Bild 5).

Der Spritzgießmaschinenhersteller Dr. Boy GmbH & Co. KG, Neustadt-Fernthal, erweitert sein Portfolio im Bereich der Vertikalmaschinen (Umspritzautomaten), die sich besonders für das Umspritzen von Einlegeteilen eignen. War der Maschinentyp bisher nur mit einer maximalen Schließkraft von 550 kN verfügbar, hat Dr. Boy nun die Baureihe mit der Boy 60 E VV um eine 600 kN Maschine ergänzt.

Die Umspritzautomaten (Bild 6) zeichnen sich durch die feststehende untere Platte, eine ergonomisch günstige Tischhöhe von 975 mm sowie eine gute Zugänglichkeit zum Werkzeug von allen vier Maschinenseiten aus. Kompakte Abmessungen von 3,21 m² und großzügiger Freiraum auf dem hinteren Maschinengestell für Peripherie- und Anbaugeräte gewährleisten vielfältige Integrationsmöglichkeiten für Automatisierungseinrichtungen. Standardmäßig hat Dr. Boy die Maschinen mit einem energieeffizienten Servoantrieb und der Steuerung Procan Alpha ausgestattet.

Zur Markteinführung steht zunächst eine Plastifiziereinheit mit maximalem Dosiervolumen von 166,3 cm³ zur Verfügung. Zukünftig sollen auch drei kleinere Spritzeinheiten und insgesamt acht unterschiedliche Schneckendurchmesser zur Verfügung stehen.

Bild1. Maschinen- und Peripherietechnik lassen sich in die MES-Software Temi+ einbinden, die nun u. a. eine Produktionsplanung per Drag & Drop erlaubt

Bild 2. Baureihe e-mac: Die Spritzgießmaschinen der neuen Generation kombinieren kompakten Bauraum mit hoher Flexibilität

Bild 4. Fillcontrol: Das Prozessüberwachungs- und Regelsystem erkennt und analysiert Viskositätsschwankungen bei der Verarbeitung von Biokunststoffen und zielt darauf, sie zu kompensieren

Bild 5. Bei einer Remote-Maschinenabnahme bespricht ein Arburg-Mitarbeiter über ein Tablet alle Anforderungen mit dem Kunden 

Bild 6. Mit der neuen Boy 60 E VV wird der Schließkraftbereich für Umspritzautomaten jetzt bis 600 kN ausgedehnt

Bild 3. Für das Schaumspritzgießen unterstützt Moldex3D 2020 die Analyse der Auflösung und Temperatur des aufschäumenden Gases 

Name -  Haupttext Messerubrik

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießmaschinen, Spritzpressen

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Zwei wichtige Branchenverbände müssen derzeit ihre Hauptgeschäftsführer-Position neu besetzen: PlasticsEurope Deutschland sucht schon seit Ende April, nun auch der Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie.

Die Dramaturgie des Wechsels beim GKV musste dabei etwas erstaunen. Mit einer Pressemitteilung zu dem Anfang November geplanten Dienstbeginn von Dr. Oliver Möllenstädt preschte sein neuer Arbeitgeber (siehe Seite 11) schon am 11. August vor, während der GKV erst am 18. August, drei Arbeitstage nachdem <a href="https://www.kunststoffe.de" target="_blank">Kunststoffe.de</a> darüber berichtet hatte, den Weggang des Hauptgeschäftsführers mit einer schmallippigen Meldung im Internet bestätigte – nicht ohne zu betonen, dass der Vertrag bis Jahresende laufe.

„Nur“ um Personalien scheint es sich in beiden Fällen zu handeln, doch ist in diesen aufgewühlten Zeiten die Besetzung solcher Posten sicher auch eine Frage der strategischen Ausrichtung. Abgesehen von den aktuellen wirtschaftlichen Turbulenzen bleibt das über Wohl und Wehe entscheidende Megathema, mit dem sich die Kunststoffbranche zunehmend auseinandersetzen muss, die politische Regulierung. Gerade dazu mit vernehmbarer – am besten mit einer – Stimme zu sprechen, sollte Ziel aller Akteure unserer Branche sein. Nur so kann sie sich im Dialog mit Politik und Öffentlichkeit Gehör verschaffen. Einfacher macht das die aufgefächerte Verbandslandschaft nicht, weil schon die Interessen der global orientierten Rohstofflieferanten mit denen der mittelständischen Kunststoffverarbeiter nicht immer leicht vereinbar erscheinen.

Sicher ist Vielfalt eine Stärke, und es gab auch bisher schon eine Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Gruppierungen. Zu hoffen bleibt aber, dass die „Neuen“ die Annäherung zwischen den Verbänden stärken, wenn schon die Zeit für einen (im Idealfall auch die Kunststoffmaschinen- und Anlagenbauer umfassenden) gemeinsamen Kunststoffverband noch nicht reif ist.

<a href="mailto:karlhorst.klotz@hanser.de">Dr. Karlhorst Klotz</a>

Editorial Klotz

Die erfolgsverwöhnte Branche der kunststoffverarbeitenden Industrie muss im ersten Halbjahr einen deutlichen Rückgang verkraften. Verpackung und Bau sind vergleichsweise robust, technische Teile und Konsumgüter im Stresstest.

Der Juni, der wie im Vorjahr die Pfingstferien beinhaltete, lief für die kunststoffverarbeitende Industrie überraschend gut, dennoch musste die Branche im Vergleich zum Vorjahr ein Umsatzminus von 4,8 % hinnehmen. Zwar ist die Lage insgesamt nach Aussage der Unternehmen schlecht bis sehr schlecht. Dennoch überrascht es vor diesem Hintergrund nicht, dass nach der mehrmonatigen, hauptsächlich durch die Covid-19- Pandemie bedingten Talfahrt mit dem ersten Anzeichen einer Trendwende (Bild) der Optimismus allmählich wieder zurückkehrt und in den Chefetagen überwiegend die Meinung vorherrscht, dass es nicht mehr schlimmer kommen, sondern wieder aufwärts gehen wird.

Das erste Halbjahr schloss mit einem Branchenumsatz von 30 Mrd. EUR und liegt damit um 9,6 % unter dem Vorjahr. Die Zahlen des ersten Halbjahrs sind aber durchaus differenziert zu betrachten. Die Hersteller von Kunststoffverpackungen können sich trotz geringerer Nachfrage nach Industrieverpackungen ebenso zu den Gesunden zählen wie die Bauindustrie – beide stehen mit einem Rückgang von 3,1 % vergleichsweise gut da.

Das wird umso deutlicher, wenn man nur die Juni-Werte betrachtet, in der die Kunststoffverarbeiter mit der Bauindustrie 3,2 % mehr Umsatz erwirtschafteten als im Vorjahr. Die Verpackungsbranche konnte in diesem Monat die Umsatzerlöse um rund 1 % steigern. Für beide Segmente ist das umso bemerkenswerter, als die hier verarbeiteten Kunststoffe in den letzten Monaten deutlich im Preis nachgegeben haben und mit ein Grund für die insgesamt zurückgegangenen Umsätze sein dürften.

Im Konsum zeigen sich deutlich die Spuren der Ausgangsbeschränkungen, Geschäftsschließungen und Kurzarbeit, sodass im ersten Halbjahr der Umsatz um 15,1 % zurückging. Im Vergleich zum April, der mit minus 30 % schlimm war, fühlt sich der Rückgang im Juni im Vergleich zum Vorjahreswert mit minus 11,3 % schon fast wieder gut an.

Davon sind die Hersteller von technischen Teilen noch ein gutes Stück entfernt. Der Lockdown der Fahrzeugindustrie und das langsame Wiederanfahren der Automobilwerke führten zu einer akuten Nachfrageschwäche für technische Teile. Fehlende Neuprojekte brachten bereits 2019 dem Werkzeugbau einen Umsatzrückgang um 8,9 % ein. Dies führte neben der Nachfrageschwäche zu geringeren Investitionen in neue Anlagen und belastet die Abnehmerbranche des Maschinenbaus, der jüngst von einem Auftragsrückgang bis Juni 2020 um 20 % berichtete.

Mit diesen Vorgaben überrascht es nicht, dass im ersten Halbjahr wertmäßig 18,1 % weniger technische Teile abgesetzt werden konnten. Auch der Juni vermittelt mit einem Rückgang von 14,3 % noch keine echte Aufbruchsstimmung.

Der VDA berichtet zwar von steigenden Produktionszahlen, die im Juli nur noch 6 % unter dem Vorjahr lagen, und einem Auftragsindex, der im Juni nahezu das Vorjahresniveau erreichte, insgesamt reicht das jedoch (noch) nicht, um die Lage der Zulieferindustrie wesentlich zu verbessern. So werden am Jahresende Automobilzulieferer Umsatzrückgänge von bis zu 30 % verkraften müssen – im Segment der technischen Kunststoffteile dürfte das Minus bei ca. 14 % liegen.

Wenig bessere Perspektiven werden für die Hersteller von Konsumgütern gesehen. Zwar ist die allgemeine Kauflaune wieder gestiegen, dennoch dürften viele Konsumenten aufgrund der kurzarbeitsbedingten Einkommensreduzierung mit ihren Ausgaben zurückhaltend sein. Ein Rückgang aufs Jahr gesehen um 10 % würde eine deutliche Verbesserung der aktuellen Situation bedeuten.

Für die Baubranche dürfte die Lage ungemütlicher werden, weil viele Industrie-Bauvorhaben verzögert zu Ende gebracht und neue Projekte vermehrt verschoben werden. Insgesamt dürfte der Rückgang mit erwarteten 4 % verkraftbar sein. Einzig für die Verpackungsbranche dürfte das Jahr mit einem leichten Minus um die 2 bis 3 % vergleichsweise versöhnlich enden, wenn da nicht die fortwährenden Belastungen für die Branche aus der Politik und der Öffentlichkeit wären.

Die von der Europäischen Union geplante Plastiksteuer auf nicht recycelte Kunststoffabfälle von 80 Cent je Kilogramm zwingt die Wirtschaft auf für den Klimaschutz kontraproduktive Wege, z. B. zu energieintensivem Waschen kontaminierter Verpackungen für das Recycling oder zur Verwendung von energetisch und zum Teil ökologisch schlechteren Verpackungsalternativen aus Glas, Metall oder Papier.

Das Recycling an sich ist zu begrüßen und in Deutschland weiter auf einem Wachstumspfad, auch wenn hier das erste Halbjahr deutliche Einschnitte hinterlassen hat – doch es könnte noch schlimmer kommen. Schon jetzt zeichnet sich ab, dass viele Unternehmen, die bisher von der EEG-Umlage befreit waren, durch die Auftragsrückgänge in diesem Jahr die notwendigen Verbrauchsschwellenwerte nicht mehr erreichen und deshalb diese Vergünstigung verlieren. Dies könnte insbesondere Kunststoffrecycler, Extrudeure und Compoundeure treffen und somit deren Wirtschaftlichkeit in Frage stellen. Hier ist die Politik aufgerufen, eine Übergangsregelung oder besser noch die Novellierung des EEG-Gesetzes voranzutreiben und sich dabei für die Beseitigung des scharfen Schnitts einzusetzen.

Ebenso sollte die Politik Augenmaß beim geplanten Arbeitsschutz-Kontroll-Gesetz walten lassen. Arbeitsteilung ist in der deutschen Industrie ein wichtiger Erfolgsfaktor, der nicht wegen des Missbrauchs einzelner komplett zu verurteilen ist. So nutzen viele Firmen für Logistik, IT wie auch zum Bedienen von Auftragsspitzen externe Dienstleister und halten sich dabei an bestehende Verhaltenskodices, wie beispielsweise den des GKV. Der Präsident des GKV, Roland Roth, mahnt: „Die Branche braucht derzeit keine zusätzlichen Belastungen aus der Politik, sondern vielmehr Weitsicht, um den erwarteten Umsatzrückgang von rund 8 % ohne Auswirkungen auf die Arbeitsplätze und Unternehmen verkraften zu können.“

Bild 1. Der Umsatzverlauf im ersten Halbjahr macht die Auswirkungen des Lockdowns deutlich. Für das zweite Halbjahr rechnet der GKV mit einer leichten Erholung Quelle: GKV; Grafik: © Hanser

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Dipl.-Ing. Michael Weigelt ist Geschäftsführer des GKV/TecPart – Verband Technische Kunststoff-Produkte e. V. und verantwortlich für die statistische Auswertung der Branche im Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie (GKV); <a href="mailto:michael.weigelt@tecpart.de">michael.weigelt@tecpart.de</a>

Wirtschaftspolitik in Deutschland

Wirtschaft

Anwendungsfälle der digitalisierten Kunststoffverarbeitung

PIC 4.0 erarbeitet ganzheitliche Lösungen zu industriellen Bedarfen

Teil 2 der Serie über das Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) an der RWTH Aachen beschreibt das Vorgehen, mit dem gezielt industrielle Anwendungsfälle einer Smart Factory identifiziert und innerhalb des PIC 4.0 in reale Testbeds umgesetzt werden.

Während der Einsatz von Assistenzsystemen in der Produktion zunimmt, steigt das Angebot digitaler Lösungen weiter. Die Anzahl pragmatischer Ansätze und realer Umsetzungsbeispiele ist jedoch noch immer gering und der tatsächliche Nutzen der Digitalisierung lässt sich nur schwer quantifizieren. Teil 2 der Serie über das Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) an der RWTH Aachen beschreibt das Vorgehen, mit dem gezielt industrielle Anwendungsfälle einer Smart Factory identifiziert und innerhalb des PIC 4.0 in reale Testbeds umgesetzt werden.

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen errichtet mit dem Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) bis Ende 2022 eine vollständig vernetzte Forschungsinfrastruktur, die dem Vorbild einer Smart Factory folgt. Auf der mehr als 4200 m² großen Bruttogesamtfläche der Baumaßnahme sollen verschiedene Produktionstechnologien entlang einer komplexen Wertschöpfungskette datentechnisch vernetzt und anwendungsnah optimiert werden [1]. Hierzu gliedert sich das Projekt inhaltlich in die drei Teilbereiche Complex Value Chain, Digital Engineering und Global Connectivity.

Technologietransfer: Pragmatische Lösungen für reale Probleme

Bereits im Vorfeld des Projekts PIC 4.0 wurden am IKV umfangreiche Recherchen und Experteninterviews durchgeführt, um die Anforderungen und die Hemmnisse der deutschen Kunststoffbranche zu ermitteln und die Forschungsfragen des PIC 4.0 daran auszurichten. Branchenvertreter unterschiedlicher Industriezweige – vom Materialhersteller über den Maschinenbauer bis hin zum Verarbeiter – sehen die größten Hemmnisse in der Sorge vor Systembindung oder Datenverlust sowie der Unsicherheit bezüglich der eigenen strategischen Entwicklung im Umfeld der Digitalisierung (Bild 1). Der tatsächliche Nutzen bestehender Insellösungen lasse sich zudem oft nicht erfassen, weshalb dringlichere Aufgaben im täglichen Wettbewerb im Vordergrund stünden.

Die ermittelten Anforderungen und Bedarfe der befragten Branchenexperten decken sich mit vielen branchenunabhängigen Studien [2–4]. Zum Ausbau der Konnektivität und der Kommunikationsfähigkeit werden demnach vornehmlich standardisierte Schnittstellen und offene Systeme benötigt (Bild 2). Fernab der technischen Umsetzung fehlt es jedoch mit Blick die Chancen und den tatsächlichen Nutzen digitalisierter Systeme generell an Transparenz, um den Mehrwert entsprechender Projekte einschätzen und auch die Belegschaft zur Umstellung motivieren zu können.

Darüber hinaus begründet der vielfach geäußerte Wunsch nach einem vereinfachten Technologietransfer, der akademische Ansätze in pragmatische und industrienahe Lösungen übersetzt, die Ausrichtung des PIC 4.0 hin zu einer anwendungsorientierten Forschungsinfrastruktur. Zu diesem Zweck werden bereits während der baulichen Ausführung des PIC 4.0 praxisnahe Anwendungsfälle zur digitalen Unterstützung in der Produktion ermittelt und in realen Testbeds erforscht.

Testbeds stellen in der Informationstechnik eine realitätsnahe Hardware-Software-Umgebung dar, mit deren Hilfe einzelne Systemkomponenten sowie die Systemanforderungen getestet werden [5]. Sie erweitern den klassischen produktionstechnischen Versuchsstand um eine Softwarekomponente und heben die Bedeutung interagierender Einzelsysteme hervor. Anhand der zu entwickelnden Testbeds werden verschiedene kleinere Anwendungsfälle kombiniert und in einem umfassenden Systemverbund analysiert.

In einem ersten Schritt wird das PIC 4.0 zunächst relevante Anwendungsfälle der Kunststoffverarbeitung sammeln und dabei auf sämtliche Domänen der Kunststoffverarbeitung (Materialwirtschaft, Prozess- und Produktentwicklung, Spritzgießen, Extrusion, Qualitätssicherung u. v. m.) eingehen. Unter Berücksichtigung der Hierarchie-Achse des Referenzarchitekturmodells Industrie 4.0 (RAMI 4.0) werden die Anwendungsfälle eingruppiert (Bild 3).

Screening von Anwendungsfällen durch Industriepartner

So ergeben sich je nach Detailgrad des zu untersuchenden Anwendungsfalls unterschiedliche Systemgrenzen zur weiteren Betrachtung. Beispielsweise umfasst die geplante Ausarbeitung von Testbeds zur Werkzeugwartung oder Sensorkalibrierung (Field Device Ebene) reduziertere Teststände als eine agile Kapazitätsplanung (Work Center), die auf Wechselwirkungen der gesamten Fertigung z. B. hinsichtlich Umgebungstemperaturen oder Materialschwankungen reagieren muss.

Nach dem Screening allgemeiner und relevanter Anwendungsfälle sowie deren Kategorisierung erfolgt eine Bewertung der industriellen Relevanz. Dabei erhält das IKV Unterstützung durch weitere Branchenvertreter, die das Projekt in wiederkehrenden Abstimmungstreffen durch ihre individuellen Kompetenzen bereichern. Dieser begleitende Innovationsbeirat ermöglicht es, in der bereits großen Menge operativer wie strategischer Anwendungsfälle diejenigen zu identifizieren, die aufgrund ihrer Praxisnähe zur initialen Umsetzung in einem Testbed des PIC 4.0 entwickelt und bearbeitet werden sollten.

Vom Anwendungsfall zur Forschung am realen Testbed

Die weitere detaillierte Ausgestaltung stützt sich auf der IEC 62559–2 Use Case Methodology der International Electrotechnical Commission. Dieser internationale Standard beschreibt Anwendungsfälle und weitreichende Anwendungsszenarien [6]. Darin werden zu jedem der Anwendungsfälle, die der Beirat zur initialen Umsetzung und weiteren Forschung innerhalb des PIC 4.0 ausgewählt hat, Schritt-für-Schritt-Analysen einzelner Szenarien mitsamt den beteiligten Akteuren und interagierenden Systemkomponenten aufgelistet.

Ausgehend von der vorangestellten Bedarfsanalyse ist im Bereich Global Connectivity, in dem die Entwicklung von Schnittstellen zum Ausbau der Kommunikationsfähigkeit der Maschinen und Anlagen im Vordergrund steht, bereits ein Testbed „Heterogener Maschinenpark“ definiert (Bild 4). Der Maschinenpark des IKV bietet hierfür die Grundlage, um die Kommunikationsfähigkeit von Maschinen verschiedener Hersteller und unterschiedlichen Alters zu untersuchen. Bisherige Aktivitäten der Schnittstellenentwicklung, die u. a. bereits auf der K 2019 präsentiert wurden [7], fließen nahtlos in die weitere Forschung auf dem Gebiet der Schnittstellenentwicklung auf Basis etablierter Kommunikationsstandards ein.

Das Testbed „Heterogener Maschinenpark“ bietet neben der zentralen Forschung zur Schnittstellenentwicklung die Gelegenheit, Anwendungsfälle verkürzter Rüstvorgänge von Spritzgießwerkzeugen nach dem Vorbild von „Plug & Produce“-Konzepten zu realisieren. Zudem schafft es die Grundlage für datenbasierte Ansätze zum Maschinenvergleich oder dem Transferlernen, um Wissen über das Maschinen- und Prozessverhalten bereits bei der Erstabmusterung neuer Werkzeuge zu nutzen und die Anlaufphase zu verkürzen.

Rückführung realer Prozessdaten  in die Simulation

Weitere bereits geplante Testbeds betreffen die Bauteil- und Prozessentwicklung, insbesondere die Rückführung von realen Prozessdaten zur automatisierten Bestimmung der Simulationsgüte, sowie die gezielte Analyse von Wechselwirkungen einer komplexen Wertschöpfungskette von der Materialaufbereitung bis zur Qualitätssicherung. Im Spannungsfeld zwischen Produktions- und Informationstechnik gilt es hier insbesondere die Material- und Informationsflüsse einer Smart Factory konsistent zu modellieren und aufeinander abzustimmen.

[1] Hopmann, C.; Bibow, P.: Zentraler Knotenpunkt der Digitalisierung in der Kunststoffverarbeitung. Kunststoffe 110 (2020) 6, S. 14–16

[2] Anderl, R.: Leitfaden Industrie 4.0. Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand. VDMA-Verlag, Frankfurt am Main 2014

[3] Lichtblau, K.; Stich, V.; Bertenrath, R.; Blum, M.; Bleider, M.; Millack, A.; Schmitt, K.; Schmitz, E.; Schröter, M.: Industrie 4.0-Readiness. Impuls-Stiftung des VDMA, Aachen-Köln 2015

[4] Müller, F. G.; Bressner, M.; Görzig, D.; Röber, T.: Industrie 4.0: Entwicklungsfelder für den Mittelstand. Aktuelle Hemmnisse und konkrete Bedarfe. Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart 2017

[5] Fortier, P. J.; Michel, H. E.: Computer systems performance evaluation and prediction. Digital Press, Burlington (MA) 2003

[6] International Electrotechnical Commission: IEC 62559–2: Use case methodology. IEC Central Office, Genf, Schweiz 2015

[7] Schmitz, M.; Hopmann, C.; Röbig, M.; Pelzer, L.; Topmöller, B.; Wurzbacher, S.: Jenseits menschlicher Fähigkeiten. Modellgestützte Prozesseinrichtung durch vollvernetzte Produktion im Spritzgießen. Kunststoffe 109 (2019) 9, S. 142–145

Das Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen mit der geplanten Erweiterung  durch das PIC 4.0

Bild 1. In einer Umfrage unter Branchenexperten (n = 28) ermittelte das IKV Faktoren, die die Umsetzung von Digitalisierungsprojekten in der Kunststoffverarbeitung erschweren oder verhindern

Bild 4. Das Testbed „Heterogener Maschinenpark“ bietet weitere Möglichkeiten zur Analyse relevanter Anwendungsfälle

Bild 3. Die Kategorisierung verschiedener Anwendungsfälle erfolgt auf unterschiedlichen Ebenen entlang der RAMI-4.0-Hierarchie-Achse

Bild 2. In der Umfrage beschrieben Branchenexperten (n = 26) aus ihrer Sicht, welche Bedarfe in der Kunststoffindustrie hinsichtlich der Digitalisierung bestehen 

IKV - Hauptartikel

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann ist seit 2011 Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung und Leiter des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen.

Pascal Bibow, M.Sc. RWTH beschäftigt sich am IKV seit September 2016 mit intelligenten Produktionssystemen und ist seit Januar 2020 Geschäftsführer des Plastics Innovation Center 4.0 am IKV; <a href="mailto:pascal.bibow@ikv.rwth-aachen.de">pascal.bibow@ikv.rwth-aachen.de</a>

Die Errichtung des Plastics Innovation Center 4.0 wird gefördert durch Mittel des Landes NRW und aus dem Europäischen Fond für Regionale Entwicklung (EFRE).

Im folgenden Teil 3 berichten die Autoren über die Informationsflussplanung im PIC 4.0. Der Beitrag erscheint in Heft 12/2020. Teil 1 (Zentraler Knotenpunkt der Digitalisierung in der Kunststoffverarbeitung) erschien in <a href="https://www.kunststoffe.de/kunststoffe-zeitschrift/archiv/artikel/am-campus-melaten-in-aachen-entsteht-das-plastics-innovation-center-4-0-10950266.html" target="_blank">Heft 6, S. 14–16</a>.

Nehmen auch Sie an der Bewertung der Anwendungsfälle teil oder teilen Sie uns weitere relevante Anwendungsfälle mit. Bei dieser Umfrage können Sie den gesamten Auswahlkatalog einsehen. Vielfältige externe Unterstützung bei der Bewertung oder Neubenennung relevanter Anwendungsfälle ist für die Autoren von großem Wert.

Zur Online-Umfrage: <a href="https://forms.gle/F85YX9qLcwYWmArt6">https://forms.gle/F85YX9qLcwYWmArt6</a>

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Digitale Transformation

Innovationen und neue Technologie

Digitaler Branchentreff „D-Expo Kunststoff“ im Herbst 2020

Eine neue digitale Fachmesse für Kunststofftechnik startet im November: Der Veranstalter hat sich bereits mit zwei ähnlichen Events zu anderen Themen warmgelaufen und nimmt für sich in Anspruch, einen Treffpunkt ins Leben zu rufen, der die Kommunikation zwischen Fachleuten direkter und einfacher macht.

Spätestens als die wichtigste Kunststoff-Veranstaltung des Jahres aus dem Kalender der Präsenzmessen gestrichen wurde, war klar: Trotz Hygienemaßnahmen gibt es so schnell keine Rückkehr zum geselligen Messetrubel. Die neue Normalität ist digital. Zu den gewohnten Informationsquellen im Internet gesellen sich nun also die Auftritte der verhinderten Messen, wie etwa die „Fakuma-Virtuell“, die als Dauerangebot die Brücke zur nächsten physischen Veranstaltung schlagen will. Dazu kommen zeitlich befristete Angebote, seien es virtuelle Hausmessen von (meist) größeren Unternehmen oder eben von Messeveranstaltern, die für eine gewisse Spanne eine Fachbesucherschar anlocken wollen, damit auch kleinere Unternehmen als Aussteller in den Genuss einer breiten virtuellen Öffentlichkeit kommen.

In diesem doch sehr besonderen Jahr sei es eben nicht möglich, eine große Messehalle mit vielen Besuchern zu füllen, die sich „die Nasen an den Scheiben der laufenden Maschinen plattdrücken“, formuliert es Fachbuchverlagsleiter Michael Justus, der beim Carl Hanser Verlag ebenfalls den neugegründeten Bereich Business Development leitet. So lädt er nun im Herbst zum virtuellen Branchentreff: Unternehmen, Verbände und Institutionen rund um die Kunststoffverarbeitung und den Werkzeug- und Formenbau haben vom 10.–12.11.2020 Gelegenheit, sich auf der Plattform „D-Expo Kunststoff“ zu präsentieren. Angesprochen werden Aussteller aus den Bereichen Spritzgießmaschinen, Thermo-Umformtechnik, Extrusionsanlagen, Werkzeugsysteme, Normalien, Software, Messtechnik, Automatisierung, Werkzeug- und Formenbau sowie Werkstoffe und Bauteile.

Gefragt, warum man angesichts zahlreicher virtueller Events ausgerechnet die D-Expo Kunststoff besuchen sollte, argumentiert Justus mit ihrer Transparenz: „Mit der Registrierung erklärt sich der Besucher damit einverstanden, für andere mit seinem Namen sichtbar und ansprechbar zu sein. Dadurch wird direkte Kommunikation möglich – per Chat oder Videochat. Auch bei den Diskussionsrunden im Auditorium können Besucher direkt Fragen stellen. Das ist Face-to-Face-Netzwerken mit einem Klick.“

Die D-Expo ist dabei neu für die Kunststoffbranche, aber schon die dritte Veranstaltung ihrer Art im Hanser-Verlag: „Wir starten im September mit der D-Expo Metall, im Oktober folgt die D-Expo Automotive und im November die D-Expo Kunststoff“, sagt Justus. Sie soll die Gelegenheit schaffen, sich aus erster Hand über wichtige Neuheiten, Themen und Trends zu informieren und sich auszutauschen.

Die digitale Messe startet mit drei „Live-Tagen“, die Live-Streams bieten und besetzte Messestände garantieren. Im Auditorium stehen Webkonferenzen, Interviews und Vorträge rund um die Kunststofftechnik auf der Agenda. Alle Informationen bleiben im Anschluss bis zum 4.12.2020 auf der Messehomepage abrufbar.

Virtueller Branchentreff: Die neue D-Expo Kunststoff schafft vom 10. bis 12. November 2020 die Gelegenheit, sich während dreier Live-Tage aus erster Hand über wichtige Neuheiten, Themen und Trends zu informieren und sich auszutauschen

Dreisprung: „Wir starten dieses neue Format im September mit der D-Expo Metall, im Oktober folgt die D-Expo Automotive und im November die D-Expo Kunststoff“, sagt Michael Justus, Leiter des Fachbuchverlags und des neugegründeten Bereichs Business Development beim Carl Hanser Verlag

Verbände, Institutionen, Messen

Seminare, Schulungen, Kongresse

Automatisierungstechnik ermöglicht berührungslose Produktion auch auf engstem Raum

Die Automatisierungstechnik ist ein Schlüsselelement in der wirtschaftlichen und hochfrequenten Produktion großer Stückzahlen. Lösungen zu Bauteilhandling, Montage und Qualitätssicherung zeigen, wie Neuentwicklungen helfen, um einzelne Prozessschritte kontaktlos und wartungsarm zu automatisieren. Neben vollständig automatisierten Prozessen zeigen Hersteller auch die Erweiterung bestehender und überarbeiteter Robotersteuerungen durch Übermittlung und Analyse von Bewegungsdaten.

Die Automatisierungstechnik ist ein Schlüsselelement in der wirtschaftlichen und hochfrequenten Produktion großer Stückzahlen. Neben vollständig automatisierten Prozessen zeigen Hersteller auch die Erweiterung bestehender und überarbeiteter Robotersteuerungen durch Übermittlung und Analyse von Bewegungsdaten.

Möglichkeiten zur berührungslosen Produktion sind in Corona-Zeiten gefragter denn je. Neuentwicklungen zeigen, wie die Produktion von Laborequipment in hoher Stückzahl und vollautomatisiert erfolgen kann, wie es im Zuge der Pandemie benötigt wird. Präzision und kompakter Aufbau stehen im Fokus bei der Entwicklung neuer Handlingroboter und deren Steuerungssystemen. Doch auch die Themen künstlichen Intelligenz und digitale Zwillinge beschäftigen die Branche.

Vollautomatisierte Produktionslinie für  Laborgefäße in hohen Stückzahlen

Die Hekuma GmbH, Hallbergmoos, zeigt mit ihrer neuen, vollautomatisierten Produktionslinie Hekulab, wie die Produktion von medizinischen Verbrauchsutensilien z. B. für Antikörpertests in hohen Stückzahlen automatisiert werden kann. Aus einer horizontalen Spritzgießmaschine entnimmt ein spezieller Entnahmegreifer bis zu 128 Bauteile während eines Zyklus von rund 5 s (Bild 1).

Die Werkzeugposition wird über die Wegsensoren der Maschinenschließseite erfasst und mit dem Handlingroboter gekoppelt. Dadurch werden Werkzeugoffenzeiten von weniger als 1 s realisiert. Der Entnahmegreifer wird vom Hersteller speziell an das jeweilige Werkzeugkonzept angepasst, sodass die Anlage sich für das jeweilige Einsatzgebiet flexibel modifizieren lässt.

Der automatisierte Prozess gewährleistet eine kontaminationsfreie Fertigung. Die Plattform bietet hierzu Zusatzmodule zur Verpackung der Produkte sowie zur lückenlosen Rückverfolgbarkeit via „Unique Device Identification“ (UDI). Durch Integration verschiedener Verpackungsmodule lassen sich bis zu 500 Einweg-Laborteile kontaktlos in einen Beutel abfüllen und die Verpackungen für den Versand beschriften.

Die ASS Maschinenbau GmbH, Overath, präsentiert im Herbst auch ohne Messe viele neue Greiferteile. Für eine besonders sichere und anwenderfreundliche Handhabung wurden weitere halbautomatische Schnellwechsler (Bild 2) in den ASS-Roboterhandbaukasten aufgenommen.

Die Schnellwechsler SWH 50 RV und SWH 150 RV haben eine zusätzliche mechanische Verriegelung. Mit dem im Lieferumfang enthaltenen Sensorhalter kann optional die offene/geschlossene Position des Hebels abgefragt werden. Die 90-mm-Variante SWH 90 RV R verfügt zusätzlich über Rückschlagventile, die die Luftzufuhr automatisch beim Greiferwechsel unterbrechen.

 Die Greifzange GRZ K 20–16 R wurde mit einem Booster für besonders große Haltekraft entwickelt. Im Vergleich zur Standardausführung hat sie rund 60 % mehr Schließkraft. Neu im Programm sind auch der Magnetgreifer PMG 20 mit Klemmdurchmesser 20 mm und der einfachwirkende Präzisionsgreiffinger GRF P2. Mit letzterem kann neben der Endlage auch eine Teileanwesenheitskontrolle durchgeführt werden. Der außenliegende und einstellbare Sensor ist gut zugänglich und reduziert dadurch den Montageaufwand.

Kontaktlose Überwachung mit Infrarottechnik

Die Einsatzgebiete zur kontaktlosen Prozess- und Qualitätsüberwachung via Infrarot-Sensoren sind vielfältig. Die auf bildgebende Sensorik spezialisierte AT – Automation Technology GmbH, Bad Oldesloe, verspricht mit dem System FebriScan, bestehend aus einer Infrarotkamera, einem Referenzkörper sowie der Anwendung zur Auswertung des Temperaturbilds, eine Schnellerkennung von erhöhter Körpertemperatur zur automatisierten Zugangsüberwachung. Doch auch zum Temperaturmonitoring des Fertigungsprozesses oder zur Brandfrüherkennung bieten sich IR-Messungen an.

Wichtig dabei ist die präzise Kalibrierung der Kamera mithilfe eines Referenzkörpers unter Ausschluss von Schwankungen der Umgebungstemperatur oder der Eigenwärme des Systems. Mit dem Smart Blackbody IRS Calilux präsentiert der Hersteller nun einen Referenzstrahler zur Kalibrierung der Kameras. Der mithilfe der integrierten Kühl- und Heizfunktion des Strahlers generierte Referenztemperaturwert ist unabhängig von der Umgebungstemperatur oder dem Luftzug, kann direkt zur Überwachung und Kalibrierung der IR-Kameras während des Betriebs eingesetzt werden und ermöglicht eine Messgenauigkeit von ± 0,3 °C. Zur Kommunikation bietet der Referenzstrahler direkte IoT-Connectivity via Ethernet und Wlan, um externe Hardware zu verbinden und Werte zur Kalibrierung auszulesen oder Parameter zu setzen, und unterstützt zahlreiche Kommunikationsprotokolle, wie z. B. Feldbus, REST-API oder MQTT.

Automatisiert entgraten mit bewährten Klingen

Mit dem Roboterentgratwerkzeug CDB der Schunk GmbH & Co. KG, Lauffen, lassen sich erstmals manuelle Entgratprozesse automatisieren, ohne dass auf den Einsatz bewährter Entgratklingen verzichtet werden muss (Bild 3). Das regelbar nachgiebige Entgratwerkzeug eignet sich zum robotergestützen Entgraten von Werkstücken nicht nur aus Kunststoff. Es lässt sich für Stanzteile ebenso einsetzen wie für Kunststoff- oder Metallkomponenten in der Automobil- oder Luftfahrtindustrie.

Indem handelsübliche Entgratklingen 1 : 1 in das Roboterwerkzeug eingesetzt werden können, ist eine schnelle Umstellung vom manuellen auf den automatisierten Betrieb möglich. Das flexible Roboterwerkzeug ahmt den manuellen Entgratprozess nach, allerdings immer in gleichbleibend hohe Qualität. Lageungenauigkeiten, Werkstücktoleranzen und Toleranzen des Roboters werden axial um bis zu 8 mm und radial um bis zu ± 5,5° ausgeglichen. Die Ausgleichskraft lässt sich individuell regeln (axial 13 – 66 N, radial 13 – 62 N). Damit gewährleistet das Werkzeug prozesssichere Entgratergebnisse und einen reduzierten Ausschuss bei minimalem Programmieraufwand.

4-Achs-Scara-Roboter zum Arbeiten auf engstem Raum

Die neuen Scara-Roboter Motoman SG400 und SG650 (Bild 4) der Yaskawa Europe GmbH, Allershausen, decken einen Arbeitsbereich von 400 bzw. 650 mm ab, für eine Traglast von 3 bis 6 kg. Mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,01 mm ermöglichen die 4-Achs-Montageroboter präzises Handling auch bei hohen Geschwindigkeiten. Dadurch können sie insbesondere bei Montageprozessen von Kleinstteilen eingesetzt werden, bieten jedoch auch Unterstützung in Pick-and-Place-Anwendungen oder beim Dosieren und Zuführen.

Beim Design der Handlingroboter wurde auf eine wartungsarme und kompakte Bauart geachtet, z. B.. durch eine interne Medienführung. Für Arbeiten auf engstem Raum wurde zudem auf reduzierte Störkonturen geachtet, um das Kollisionsrisiko zu verringern. Zur passgenauen Abstimmung der Roboterbewegungen bietet die ebenfalls kompakt verbaute Steuerung YRC1000micro optional die „Functional Safety“-Funktion, um die Bewegungsgeschwindigkeit im Arbeitsbereich bei Bedarf reduzieren zu können. Der Controller mit Abmessungen von 425 mm x 280 mm x 125 mm (Länge x Breite x Höhe) ermöglicht neben dem Anschluss der Yaskawa-Handlingroboter auch die Verbindung zu externer Hardware, etwa zum Auslesen (plus Reaktion darauf) von Maschinensignalen oder weiterer Sensorik.

Videoassistent zur Analyse der Roboterbewegung in Zeitlupe

Die Wittmann Battenfeld Deutschland GmbH, Nürnberg, stellt eine Überarbeitung des Wittmann Robotmodells WX153 vor, die auf der seit 2013 bestehenden W8-Geräteserie aufbaut und eine Automatisierungslösung für Spritzgießmaschinen im Schließkraftbereich von 5000 bis 13 000 kN darstellt. Der neue Videoassistent ermöglicht zudem die passgenaue Abstimmung der Roboterbewegungen mit dem Spritzgießprozess.

Der Handlingroboter verfügt über bis zu 2600 mm Hub auf der Vertikalachse und bis zu 18 000 mm Hub auf der Horizontalachse. Zum Entformen werden Hublängen von 1200 mm und 1400 mm angeboten bei einer Traglast von 30 kg in der Standardkonfiguration. Das trotz der großen Reichweite kompakt verbaute Steuerungsmodul ermöglicht über die gängige R9 eine synchrone Steuerung der drei Linearachsen sowie der drei Servo-Rotationsachsen. Ab einem Hub von 4000 mm auf der Horizontalachse kann es weitere sechs Achsen eines zweiten Roboters in einer Tandemlösung präzise ansteuern.

Über die Steuerung des Roboters steht einem Bediener zudem ein Videoassistent zur Verfügung, der das gesamte cyber-physische Produktionssystem als digitalen Zwilling auf der TeachBox abbildet (Bild 5). Durch Verbindung mit dem Handlingsystem sind dem digitalen Zwilling die Ausstattungsoptionen des Roboters bekannt, sodass sich die Einstellungen der Roboterbewegungen durch virtuelles Verfahren des digitalen Zwillings testen lassen. Zusätzlich bietet die Steuerung eine Zeitlupenfunktion an, um retrospektiv Bewegungsabläufe zu analysieren und gezielt anzupassen. Hierzu werden die Bewegungsdaten des Roboters ab dem Prozessstart mit einer Frequenz von 250 Hz erfasst, um sie hinterher über eine Aufzeichnungsdauer von 100 s in beliebiger Geschwindigkeit am digitalen Zwilling nachzuvollziehen. Der im Videoassistenten integrierte Zeitregler erleichtert dadurch das Auffinden von Fehlerursachen und unterstützt die Feinanpassung der Roboterautomatisierung an den Spritzgießprozess.

KI überwacht Roboterbewegungen zur vorausschauenden Wartung

In der Steuerung der neuesten Roboterserie der Mitsubishi Electric Europe B. V., Ratingen, wird die Bewegungszeit aller Roboterhauptkomponenten individuell erfasst und überwacht. Die hierzu genutzte Funktion Melfa SmartPlus erstellt daraufhin je nach Betriebsbedingungen und Bewegungsrichtung mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz angepasste Wartungspläne (Bild 6). Dies ermöglicht die Simulation der Lebensdauer einzelner Komponenten sowie eine darauf angepasste Abschätzung zu den jährlichen Wartungskosten oder die Modifikation der Betriebszustände des Roboters, um den Lebenszyklus zu verlängern.

Der neueste Industrieroboter des Herstellers profitiert direkt von der neuen Funktion. Design und Ausstattung des Melfa RV-8CRL sind vollständig auf einen wartungsarmen Betrieb zugeschnitten. Hierzu besitzt er einen riemenlosen koaxialen Antriebsmechanismus (für geringeren Verschleiß) und die neuesten Servomotoren von Mitsubishi Electric. Dadurch sind keine Batterien zur Sicherung des internen Encoders notwendig. In Kombination mit der KI-basierten vorausschauenden Wartung lassen sich somit geplante wie auch ungeplante Ausfallzeiten reduzieren.

Steuerungsserie KR C5 spart Energie und Bauraum

Neben einer kompakten, platzsparenden Bauweise legt die Kuka AG, Augsburg, bei ihrer neuen Steuerung KR C5 (Bild 7) und der zugehörigen Kleinrobotersteuerung  KR C5 micro auch Wert auf eine energieeffiziente Verarbeitung der Steuerungssignale.

Im Vergleich zum Vorgänger KR C4 benötigt die reduzierte Hardware weniger Energie, führt jedoch alle Funktionen weiterhin effektiv aus. Die Haupt-CPU folgt dabei der Intel-X86-Architektur, während eine weitere CPU nach der ARM-Architektur arbeitet. Zur nahtlosen Einbindung in die bestehende IT-Infrastruktur und zur Konnektivität mit Cloud-Systemen nutzt die neue Steuerung den Kuka.DeviceConnector (KDC). Dieser Service wird auf der Robotersteuerung installiert und ermöglicht eine Verschlüsselung per TLS-Protokoll (Transport Layer Security), um die Steuerungsdaten sicher an einen kundenseitigen Rechner oder an die Connect-Cloud von Kuka zu übertragen.

Bild 5. Zeitlupenanalyse: Ein Videoassistent bildet in der TeachBox den digitalen Zwilling ab

Bild 6. Die Überwachung der Wartungsanforderungen erfolgt nach aktuellen Betriebsbedingungen

Bild 7. Die Steuerungsserie im kompakten Design verarbeitet Steuerungssignale energieeffizienter als die Vorgängerserie

Bild 1. In der vollautomatisierten Produktionslinie wird die Werkzeugposition über Wegsensoren erfasst und mit dem Handlingroboter gekoppelt

Bild 2. Die neuen Schnellwechsler mit Verriegelung, umgeben von Greifzangen und Präzisionsgreiffingern

Bild 3. Mitarbeiter können bei schweren, gefährlichen und langwierigen Entgrataufgaben spürbar entlastet werden

Bild 4. Motoman SG 650: Der 4-Achs-Roboter ist konzipiert für eine Traglast bis zu 6 kg 

Ein PDF des Artikels finden Sie unter <a href="http://www.kunststoffe.de/2020-09">www.kunststoffe.de/2020-09</a>

Die Automatisierungstechnik zeigt ihr Einsatz- und Entwicklungspotenzial sowohl auf dem klassischen Feld der Automatisierung einzelner Prozessschritte oder ganzer Produktionslinien wie auch im Bereich neuer datengetriebener Analysen. Die Kommunikationsfähigkeit über standardisierte Protokolle und Schnittstellen ist dabei ein wichtiger Aspekt, der an verschiedensten Stellen aufgegriffen und bereits zur Kommunikation mit zusätzlichen Peripheriegeräten und Analysemethoden ausgebaut wird. Besonders der Einsatz von KI oder die Einrichtunterstützung durch digitale Zwillinge der Produktionsanlage werden sich in Zukunft sicherlich verstärkt bei den unterschiedlichen Herstellern wiederfinden.

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Roboter

Maschinenbau

Automatisierungs- / Steuerungstechnik

Elektrotechnik, Elektronik

Von der Materialversorgung über das Erwärmen und Trocknen bis zur Qualitätssicherung

Viele Arbeitsschritte liegen zwischen Granulat und fertigem Produkt. Gerade wenn Messen ausfallen, auf denen sonst die großen Spritzgieß- und Extrusionsanlagen im Rampenlicht stehen, richtet sich die Aufmerksamkeit wieder auf Neuheiten bei Peripheriekomponenten, ohne die eine moderne Fertigung nicht effizient läuft.