Hochwertige Robotsysteme zeichnen sich durch effiziente Motoren und gewichtsoptimierte Achsen aus. Die Auswahl der verwendeten Materialien richtet sich nach dem Einsatzzweck und den Hublängen der Entnahmeroboter.

Nützliche Standardfunktionen der Wittmann-Robotsteuerung

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Steuerungen (Hardware und Software)

Automatisierungstechnik

Linearroboter für die Kunststoffverarbeitung

Handling, Handhabungstechnik

Multiaxialroboter für die Kunststoffverarbeitung

Digitaler Zwilling

Software

Simulation

Mit fliegendem Start zur kürzesten Entnahmezeit

Drei der vier Anwendungen, die Dr. Boy auf dem eigenen Messestand zeigt, sind mit dem Boy-eigenen Linearhandling LR 5 bestückt. Vier weitere sind bei Partnern zu sehen.

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Elastomer-Spritzgießen

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Individuelle Automatisierung und Digitalisierung

Das Projektziel war klar: Eine hoch automatisierte Anlage muss mehrere dezentral arbeitende bedienergeführte Maschinen ersetzen, um Gehäuse für einen Unterdrucksensor mit drei eingelegten Pins fehlerfrei und schneller als bisher in Großserie herstellen zu können. Als Partner auf dem Weg zu mehr Produktionseffizienz hat der Kunststoffverarbeiter Goerlich den Maschinenhersteller Arburg erkoren

Turnkey-Anlage ersetzt bei Goerlich zwei Maschinen mit vertikaler Schließeinheit

Automatisierungszellen

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Ein-Maschinen-Strategie mit  Automationsplus

Als Spritzgieß-Komplettanbieter nutzt die Wittmann Gruppe die Fakuma auch, um ihre Neuheiten aus dem Bereich Automatisierung vorzustellen.

Zuwachs bei mehreren Roboter-Baureihen

Beeindruckender geht es kaum: Die Turnkey-Anlage von NP Germany rund um eine vertikale Arburg-Spritzgießmaschine nimmt ein Viertel der Produktionshalle ein. Während des Betriebs tanzen sechs Robot-Systeme Ballett, um ein Pumpenlaufrad für eine Pkw-Kühlflüssigkeitspumpe eines internationalen Automobilzulieferers herzustellen – ein nicht alltägliches Ausmaß an vollautomatisierter Fertigung.

NP Germany: Außergewöhnliche Anlage für Automobilbauteile

Inspektionssysteme

Fertigungsautomation

Bildverarbeitung

Knickarmroboter

Montagetechnik

Industrieroboter

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

Tanz der Roboter

Die K 2019 in Düsseldorf wurde ihrem Anspruch, die Leitmesse für Kunststofftechnik zu sein, wieder einmal gerecht. Zumindest im Bereich Spritzgießen gab es Weltneuheiten – wenn man genau hingesehen hat.

Spritzgießtrends auf der K 2019

Schaumspritzgießen

Smart Factory

Energieeffizienz

Mikrospritzgießen

Messe K-Kunststoffmesse

Spritzgießmaschinen, allgemein

Fließpressen

Handling, Handhabungstechnik für die spanende Fertigung

Spritzgieß-Sonderverfahren

Spritzgießsimulation

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Montage-Spritzgießen

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Ressourcenmanagement

Produktion

Mit digitaler Assistenz  zur technischen Exzellenz

Die Wittmann Gruppe verzeichnete im 2. Halbjahr 2020 eine mehr als positive Geschäftsentwicklung. Dieser Trend setzt sich auch 2021 fort und ermöglicht weiteren Investitionen des Unternehmens.

Betriebstechnik für Kunststoffverarbeitung (Peripherie)

Unternehmen

Wittmann blickt mit Optimismus in die Zukunft

Sepro bringt mehrere drei-, fünf- und sechsachsige Roboter für medizinische und pharmazeutische Anwendungen auf den Markt.

Handhabungsroboter

Medizintechnik

Reinraumsysteme / -technik

Vorstoß ins Reinraumsegment

Seitdem direkte persönliche Kontakte pandemiebedingt nur noch eingeschränkt möglich sind, erfahren digitale Plattformen zur Unterstützung des Vertriebs eine in der Investitionsgüterindustrie bisher eher ungekannte Wertschätzung. Wittmann hat dazu nun ein flexibles interaktives Tool vorgestellt.

Wittmann setzt im Kundenkontakt zusätzlich auf digitale Lösungen

Gasinjektionstechnik

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Gas- / Wasserinjektionsanlagen

Wir schalten mal kurz rüber

Engel hat eine hochpräzise Wägezelle zur Inline-Gewichtsmessung entwickelt, die sich direkt zwischen Drehachsen und Übernahmekopf eines Linearroboters integrieren lässt.

Gewichtsmesssystem zur Prozesssicherung direkt am Roboter

Automatisierungskomponenten

Wiege- und Dosiersysteme

Logistik

Verpackungstechnik

Wiegen ohne Zeitaufwand

Stäubli Robotics beginnt das Jahr 2021 unter neuer Führung. Christophe Coulongeat übernimmt die Robotics-Sparte von Gerald Vogt, der zum 1. Januar 2021 neuer Geschäftsführer der Stäubli Gruppe wird.

Personen

Roboter

Maschinenbau

Neue Leitung für Geschäftsbereich Robotics bei Stäubli

Die neue Plattform iQ process observer von Engel überwacht im Hintergrund Hunderte Parameter der Spritzgießzelle gleichzeitig.

Plattform zur Prozessüberwachung überwacht mehrere Hundert Parameter gleichzeitig

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Prozessvisualisierung

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

IoT-Plattformen für die Kunststoffverarbeitung

Den Prozess im Blick – die Qualität  im Griff

Mithilfe von Machine-Learning erschließt Engel gemeinsam mit dem Polymer Competence Center Leoben und der Montanuniversität Leoben das Potenzial der Werkzeugatmung für die Qualitätssicherung im Kautschukspritzgießen. Unterstützt wurde dieses Forschungsprojekt von SKF Sealing Solutions Austria.

Automatische Prozessüberwachung mit iQ clamp control und maschinellem Lernen

Kautschuk / Elastomere

Kunststoff Werkstoffe

Mess-, Steuer- und Regelgeräte

Machine Learning für die Qualitätssicherung

Kautschukspritzgießen mit  Qualitätserkennung

Nach einem Jahr erzwungener „Fakuma-Pause“ kündigt Wittmann Battenfeld als Highlight der diesjährigen Messe die neue servohydraulische Maschine SmartPlus an. Sie soll sich durch ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz und Wiederholgenauigkeit auszeichnen.

Spritzprägen

Servohydraulisch, vollelektrisch, digitalisiert

Johannes Kilian ist Leiter der Abteilung für Prozesstechnologien bei Engel. Im Gespräch mit ihm und Georg Steinbichler geht es um die Hebel der Digitalisierung, technische Durchbrüche und kritische Erfolgsfaktoren.

Interview mit Georg Steinbichler und Johannes Kilian zum Stabwechsel bei Engel

Doriat, Clemens, Dr.

Prozesssimulation

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Prozessautomation

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

„Die Chancen der Digitalisierung nutzen“

Produktionszelle mit fließenden Bewegungen

iQ motion control lässt Spritzgießmaschine und Roboter weiter zusammenwachsen

Stimmen Spritzgießmaschine und Roboter ihre Bewegungsabläufe aufeinander ab, verkürzt dies in vielen Anwendungen die Zykluszeit. iQ motion control von Engel ermöglicht jetzt einen sicheren Frühstart, kombiniert mit einer vollautomatisch optimierten Bahnplanung. Das Assistenzsystem gehört ab Oktober 2021 zur Standardausrüstung aller neuen Linearroboter des Typs Engel viper.

Fließende Bewegungsabläufe entstehen, indem Bewegungen harmonisch ineinandergreifen. Erst dann werden sie ökonomisch und effizient. Das Gehirn jedes Lebewesens beherrscht dieses kraft- und zeitsparende Zusammenspiel unterschiedlicher Gliedmaßen – ein Roboter oder automatisierte Maschinen und Prozesse sind in diesem Punkt nur so gut, wie sie der Mensch über die Steuerung des Systems zu programmieren vermag.

In einer Spritzgießzelle gibt es viele unterschiedliche, sich bewegende „Glieder“. Einige davon bestimmen die Zykluszeit des Spritzgießprozesses entscheidend mit. Dazu gehören die Ein- und Ausfahrbewegungen des Entnahmeroboters sowie die Öffnungs- und Schließzeit des Werkzeugs. Es ist einleuchtend, dass viel Zykluszeit verschenkt wird, wenn ein Entnahmeroboter sich erst dann in Bewegung setzt, wenn das Spritzgießwerkzeug vollständig geöffnet wird.

Um in der Produktionszelle fließende Bewegungen zu erreichen, legt die Engel Austria GmbH ihr Augenmerk stets auf die gesamte Spritzgießzelle und das Zusammenspiel der Bewegungen von Spritzgießmaschine und Roboter. Liefert Engel von der Spritzgießmaschine über die Automatisierung und weitere Peripherie bis zur Prozesstechnik die komplette Produktionszelle aus einer Hand, greifen alle Komponenten der Zelle auf dieselbe Steuerungsplattform und dieselbe Datenbasis zu und haben damit die besten Voraussetzungen für eine kurze Gesamtzykluszeit.

Da eine Spritzgießzelle diese ineinandergreifenden, parallelen Bewegungen nicht per se beherrscht, muss der Bediener die Bewegungen über die zentrale Bedienstation oder das mobile Handbediengerät festlegen. Er muss den Roboter „teachen“ – ihm Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Einfahrbewegung vorgeben. Das Assistenzsystem „iQ motion control“ reduziert diesen Teach-Aufwand auf wenige Klicks.

Optimierte Bahnplanung spart Zykluszeit ein

Linearroboter bewegen sich in der Regel von Punkt zu Punkt. Diese einzelnen Punkte werden beim Teachen festgelegt. Der Anlagenbediener bestimmt die Bahnkurve (Trajektorie) manuell und legt dafür sehr viele Punkte fest, um die Fahrwege zu optimieren (Bild 1). Beim Feature iQ motion control, das neue Linearroboter der Serie Engel viper als Standard an Bord haben, wurde eine optimierte Bahnplanung bereits implementiert. Der Linearroboter berechnet seine Bahn und somit müssen deutlich weniger Parameter eingestellt bzw. Positionen geteacht werden. Damit wird die Zykluszeit des Spritzgießprozesses und darüber hinaus auch die Einrichtungsdauer und der Zeitbedarf für das Teachen deutlich verkürzt (Bild 2).

iQ motion control ist das jüngste Produkt in der Reihe der intelligenten Assistenzsysteme von Engel. Um den größtmöglichen Nutzen für den Anwender zu bieten, muss das Bedienen der Assistenzsysteme sehr einfach sein. So gibt es auch bei iQ motion control zum Einstellen der Entnahme eine intuitive Maske mit allen verfügbaren Optionen (Bild 3).

In drei Schritten zur optimierten Bahnplanung

Um beim Einfahren die Bewegung des Roboters so zu planen, dass er die Entnahmeposition genau dann erreicht, wenn das Werkzeug seine Öffnungsbewegung beendet, sind gewisse Randbedingungen zu berücksichtigen: zum einen die vom Nutzer eingestellten Parameter wie Positionen und Linearabstände sowie die Bewegung der Form; zum anderen die roboterspezifischen Grenzwerte für Geschwindigkeit, Beschleunigung und weitere Parameter.

Damit sich die optimale Einfahrbewegung bestimmen lässt, sind folgende Schritte notwendig, die mit aktiviertem iQ motion control automatisch abgearbeitet werden:

<ul><li>Die optimale Trajektoriendauer bestimmen: Basierend auf dem letzten Zyklus wird die Zeitspanne vom Erreichen der eingestellten Frühstartposition bis zur Formöffnung gemessen. Diese Zeitspanne tF,opt entspricht der Trajektoriendauer des Roboters, damit Roboter und Form ihre Endpositionen gleichzeitig erreichen.</li><li>Die kürzestmögliche Robotertrajektorie berechnen: Mithilfe der roboterspezifischen kinematischen Limits (maximale Geschwindigkeit, maximale Beschleunigung etc.) der einzelnen Achsen und des vom Bediener definierten Linearabstands lässt sich eine Robotertrajektorie berechnen. Die Trajektoriendauer tR,opt ist dabei die kürzestmögliche Trajektoriendauer, die unter Berücksichtigung der gegebenen Randbedingungen erreicht werden kann. Ist die Frühstartfunktion deaktiviert, wird diese Trajektorie verwendet, der Roboter fährt die Einfahrbewegung also unter Ausnutzung seiner Limits ab.</li><li>Die Trajektorie skalieren: Bei aktivierter Frühstartfunktion ist darauf zu achten, dass die Trajektoriendauer der Roboterbewegung tR,opt größer oder gleich der ermittelten optimalen Dauer tF,opt ist. Ist dies ohnehin der Fall, dann ist es dem Roboter aufgrund seiner Limits nicht möglich, die Zielposition zeitgleich mit der Form zu erreichen. Gilt jedoch tR,opt &lt; tF,opt, würde der Roboter auf die Form auffahren. Um dies zu vermeiden, erfolgt eine Skalierung der Trajektorie, sodass die Bedingung tR,opt = tF,opt erfüllt ist.</li></ul>

Die Funktion kompensiert etwaige Langzeiteffekte, wie beispielsweise Unterschiede im Fahrverhalten zwischen kalter und warmer Maschine, Temperatureinflüsse, etc.

Die Zykluszeit wird bei heutigen Systemen auch dann unnötig verlängert, wenn die Form beim Öffnen auf den Roboter warten muss, bis dieser in den Entnahmebereich einfährt und die Teile entformt. Da der Roboter in einer Engel-Spritzgießzelle dank der integrierten Steuerung direkt auf die Maschinendaten, wie Formöffnungshub und Position der beweglichen Platte, zugreifen kann, fahren Roboter und Maschine eine abgestimmte Bewegung und sind für die Entnahme idealerweise zur selben Zeit an der Werkzeugoffenposition beziehungsweise in Entnahmeposition. In diesem Fall wird der Zyklus durch das Einfahren des Roboters nicht verlängert.

Die Zykluszeit wird mithilfe von iQ motion control verkürzt, weil die Form nicht auf den Roboter warten muss. Dies wird dadurch erreicht, dass der Roboter beim Einfahren nicht auf den vollständigen Formöffnungshub warten muss, sondern durch das bereits bekannte und in der Software vollständig integrierte Feature „Frühstart“ frühzeitig in den Maschinenbereich einfahren kann.

Mehrstufige Sicherheit  durch intensiven Datenaustausch

Auf der Einstellmaske wird ein Vorschlag für die Frühstartposition angezeigt, der auf den Roboter- und Maschinen-Einstellparametern basiert. Dies ermöglicht es auch wenig erfahrenen Maschinenbedienern, die Vorteile des Assistenzsystems effizient und sicher auszuschöpfen.

Um trotz des frühzeitigen Einfahrens in den Maschinenbereich eine Kollision zwischen Roboter und beweglicher Werkzeughälfte sicher auszuschließen, arbeitet iQ motion control mit einem zweistufigen Sicherheitsnetz. Die erste Stufe korrigiert frühzeitig die Roboterbewegung bei erkannten Abweichungen von der geplanten Werkzeugbewegung. Die zweite stellt sicher, dass der Roboter im Falle einer Ausnahmesituation oder eines Nothalts noch rechtzeitig vor einem Kontakt mit der Form abbremsen kann.

Da der Roboter die genaue Position der beweglichen Aufspannplatte kennt, stoppt er folglich auch, sollte eine Kollision drohen. So können Schäden an Werkzeug und Greifersystem bei unvorhergesehenen Fehlpositionen oder fehlerhaften Einstellungen – dank des direkten Datenaustauschs innerhalb der gemeinsamen Steuerung der integrierten Systemlösung – sicher vermieden werden.

Selbst Prozesse mit einfachen Entnahmebewegungen können sehr gut durch iQ motion control optimiert werden. Besonders stark profitieren Anwender, die tiefe Spritzgussteile – beispielsweise Gehäusekomponenten, Boxen oder Container mit einem langen Kern (Titelbild) – produzieren, da die Maschine hier einen besonders großen Formöffnungshub fahren muss.

Um das Potenzial auszuloten, hat Engel Versuche mit einem viper 12 Linearroboter durchgeführt. Bei einem Formöffnungshub von 490 mm und einer maximalen Geschwindigkeit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte von 1465 mm/s wurde eine Gesamtzykluszeit von 15 s erreicht. Der Roboterfrühstart lag bei Formposition 303 mm. Dabei zeigt sich eine stark verkürzte Wartezeit (Bild 4).

Als Wartezeit wird die Zeit bezeichnet, die zwischen dem Abschluss der Werkzeugbewegung und dem Ende der Phase, während der der Greifer in den Werkzeugraum einfährt, gewartet werden muss. Sie geht direkt in die Zykluszeit ein, weil die Form während dieser Zeitspanne vom Roboter blockiert ist. Bei einer Gesamtzykluszeit von 15 s lassen sich demnach bei einem angenommenen Dauerbetrieb über 24 h mit iQ motion control und Frühstart pro Tag 236 Teile mehr pro Kavität produzieren als mit der sequenziellen Drei-Punkt-Entnahme (Bild 5).

Der Einsatz von iQ motion control ist vom Typ der Spritzgießmaschine und der Art der Entnahme unabhängig. Das Assistenzsystem passt sich selbsttätig an die jeweilige Entnahmevariante an. Das umfasst sowohl die vertikale als auch – bei holmlosen Maschinen – horizontale Entnahme für die bekannten Aufbauvarianten, ebenso wie die bedienrückseitige, bedienseitige oder auch stirnseitige Ablage bei Längsaufbauten.

Das Feature wird nicht das einzige bleiben, das auf ein noch engeres Zusammenspiel zwischen Maschine und Roboter abzielt. iQ motion control ist jedoch das erste Maschinen-Roboter-übergreifende Assistenzsystem von Engel.

Engel Austria GmbH  

https://www.engelglobal.com

Ausgabenartikel KU9-21

Bild 3. Eine intuitive Bedienerführung ist Voraussetzung für die Akzeptanz und den Erfolg  von intelligenten Assistenzsystemen

Bild 4. Die Versuche bestätigen die stark verkürzte Wartezeit mit  iQ motion control und Frühstart

Bild 5. Die verkürzte Zykluszeit führt zu einem deutlich höheren Output

Fährt der Roboter noch während der Formöffnungsbewegung in den Werkzeugbereich ein,  kann dies Zykluszeit einsparen. Besonders groß ist der Effekt bei Bauteilen mit langen Kernen,  wie beispielsweise Boxen

Bild 6. Beispiele für glatte Bewegungsprofile von Roboterachsen. Auch Schwingungen der Roboterachsen können die Zykluszeit verlängern

Bild 1. iQ motion control arbeitet mit einer optimierten Bahnplanung (rechts). Die Bahn  wird gesamtheitlich berechnet und nicht wie bisher mittels Überschleifen von Einzelachsbewegungen generiert

Bild 2. Die Gegenüberstellung zeigt das große Potenzial von iQ motion control zur Zykluszeiteinsparung auf

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Durch die ausladende Kinematik neigen Linearroboter systembedingt zu Schwingungen. Dank iQ vibration control verhindern bei Robotern der Serie Engel viper intelligente Bewegungen unerwünschte Auslenkungen. Wartezeiten am Bewegungsende entfallen damit. iQ motion control geht einen Schritt weiter. Indem durch glatte 4-fach-stetige Bahnen keine Schwingungen angeregt werden, wird ein Verlust an Zykluszeit durch das Ausregeln größerer Schwingungen vermieden (Bild 6).

Deborah Lidauer leitet das Produktmanagement Automatisierung bei der Engel Austria GmbH, Schwertberg/Österreich; <a href="mailto:deborah.lidauer@engel.at">deborah.lidauer@engel.at</a>

DI Dr. Matthias Oberherber ist Regelungstechniker bei Engel; <a href="mailto:matthias.oberherber@engel.at">matthias.oberherber@engel.at</a>