Eine Frage der Dynamik

Themen

Handlingsteuerung – Die XCx-Steuerung von Schleicher kombiniert SPS- und CNC-Funktionalität und ermöglicht einem Handlingroboter das schnellere Greifen spritzgegossener Blumenkästen.

15. April 2009

Zu einem Frühling gehören Blumen. Wenn die Temperaturen milder werden, leuchten sie wieder über Balkonbrüstungen und verschönern Hauseingänge: Geranien, Petunien und Nelken. Damit die Pflanzen dekorativ zu Geltung kommen können, fertigt das Herforder Unternehmen Fiskars Brands unter seiner Marke Ebert Blumenkästen, -ampeln und -spindeln per Spritzgusstechnik aus Kunststoff.

Größere Produktion

Nachdem Fiskars für eine Produktionsmodernisierung die Spritzgussanlage erneuern ließ und damit die Produktionsmenge gesteigert hatte, benötigte das Unternehmen eine neue Lösung zur Entnahme der fertigen Produkte. Diese lieferte der Automatisierungsspezialist Cramer Construction, der zur Steuerung seiner Handlingroboter XCx-Steuerungen von Schleicher verwendet. Da die Steuerungen dieser Baureihe SPS- und CNC-Funktonalität kombinieren, lassen sich mit ihnen hochdynamische Bewegungsabläufe verwirklichen, die mit herkömmlichen Steuerungslösungen nicht denkbar sind. Auch bei Fiskars bilden die fließenden, CNC-gesteuerten Bewegungsabläufe die Grundlage für einen optimierten Arbeitstakt. Für die Produktion der Pflanzen- und Wasserbehältnisse aus leichten, aber hochfesten und widerstandsfähigen Kunststoffen kommt bei Fiskars das Spritzgussverfahren zum Einsatz: Zunächst gelangen die Kunststoffgranulate aus den Silos über Versorgungsleitungen direkt zu den Maschinen. Dort wird ihnen dann das sogenannte Masterbatch beigemengt, ein ebenfalls granulatförmiger Zusatz, der dem Kunststoff die gewünschte Farbe verleiht. Beim Spritzgussverfahren werden Polypropylen und Polystyrol eingeschmolzen und in die Form eingespritzt. Nachdem sich der Kunststoff in der gekühlten Form verfestigt hat, kann der neu entstandene Artikel entnommen werden. Zuletzt wird das überstehende Material entfernt.

Zeit im Fokus

Bei den Überlegungen, wie sich das Handling an die Produktionskapazitäten der neuen Spritzgussanlage anpassen ließe, konzentrierten sich die Spezialisten von Cramer Construction auf die Minimierung der Zeit, die für die Entnahme des ausgehärteten Produkts aus der Spritzgussform benötigt wurde.

Schneller Greifer

Während sich die Spritzgussmaschine öffnet, fährt der Entnahmegreifer in die Lücke zwischen den Formteilen und zieht das abgekühlte Produkt heraus. Bei diesem Vorgang darf die Spritzgussform unter keinen Umständen beschädigt werden. Daraufhin verlässt der Greifer mit dem gefertigten Teil die Maschine ineiner beschleunigten Bewegung. Der gesamte Ablauf musste so rationell und die Wege müssen so kurz wie möglich gestaltet werden. »Damit sich der Entnahmegreifer nur so kurz wie nötig in der Werkzeugmaschine befindet, haben wir seine Geschwindigkeit und Flexibilität bei der Entnahme vergrößert und den Bewegungsraum entsprechend verringert«, schildert Torsten Precht, Projektleiter bei Cramer. »Im Prinzip verhält es sich bei dieser dynamischen Fahrbewegung wie beim Überholvorgang im Autoverkehr«, erläutert Precht. »Da beschleunigen Sie schon vor dem Ausscheren. Auf diese Weise benötigt der Vorgang nur kurze Zeit und behindert den Verkehr nicht.«

Neue Dynamik

Die abgezirkelte Bewegung auf begrenztem Raum, die das Gerät bei der Entnahme der Artikel vollführt, setzt eine Dynamik voraus, die mit einer herkömmlichen SPS nicht realisierbar gewesen wäre. Meist werden Handlingroboter von SPS gesteuert, die mit Positionierbaugruppen und Motion-Control-Bausteinen ausgestattet sind. »Aber für eine fließende Bewegung, wie sie der Roboter jetzt bei Fiskars vollführt, muss die Steuerung in der Lage sein, mehrere Achsen gleichzeitig zu koordinieren, sprich: Bahnsteuerung zu beherrschen«, erklärt Precht.

Während SPS die Bewegung achsbezogen steuern, verläuft sie bei der CNC-gestützten Bahnbewegung raumkoordiniert, also anhand der Raumkoordinaten. Die eingesetzte Schleicher-Steuerung XCN 700 koordiniert die beteiligten Achsen parallel, um dreidimensionale Bewegungen im Raum und Bahnfahren auszuführen. Im einfachsten Fall folgt der Greifer dabei der kürzesten geraden Linienverbindung zwischen Start- und Zielpunkt. Bei Bedarf können aber auch sogenannte Stützpunkte definiert werden, die das Gerät während der Fahrt zum Zielpunkt mit einer gewissen Toleranz überfährt. Dazu interpoliert die Steuerung eine harmonische Bewegung aus den vorgegebenen Punkten und »verschleift« die Bewegungen der beteiligten Achsen.

Minimale Vibrationen

Wo eine schnelle Entnahme gefordert ist, haben sich XCx-gesteuerte Lineargeräte mit hochdynamischen Antrieben klar durchgesetzt. Nicht zuletzt arbeiten solche Handlinglösungen dank ihrer steifen Stützkonstruktion mit minimalen Vibrationen und mit entsprechend niedrigem Verschleiß.

»Bei Fiskars haben wir mit den Steuerungen von Schleicher eine Dynamik erreicht, die die Entnahmezeit immens verringert«, resümiert Precht. Damit ermöglicht die Kombination aus SPS und CNC auch die schnellere Produktion von fertig gegossenen Blumenkästen, die nun auf die angehenden Hobbygärtner warten. Auch aus dieser Sicht kann der Frühling nun wirklich kommen.

Wolfgang Kröger, Schleicher/aru

Erschienen in Ausgabe: 02/2009