Handling mit Highspeed

Lineartechnik - Geschwindigkeit ist die entscheidende Größe bei der Produktion von Datenspeichern. Bei einem Hersteller von CD-Rohlingen erreichen Handlingsysteme Geschwindigkeiten von über 120 km/h. Möglich machen dies spezielle Hochgeschwindigkeits-Führungswagen.

02. April 2007

Der japanische Magnetbandspezialist TDK produziert in Ratingen eine breite Palette beschreibbarer Datenträger wie CD- und DVD-Rohlinge. Der Produktionsprozess reicht dabei von der Beschichtung der Disks bis zur Herstellung der durchsichtigen Verpackung. Eine besondere Herausforderung ist dabei, dass die verschiedenen Produktionsschritte unterschiedliche Zykluszeiten und Losgrößen haben. So geschieht das Verpacken der Disks zwar mit hohen Taktraten, erfordert jedoch wegen der hohen Varianz der Medien ein häufiges Umrüsten. Bei der Fertigung der standardisierten CD-Hüllen dagegen entfallen die Rüstzeiten, dafür beschränkt hier der relativ lange Spritzgussprozess die Produktivität.

In einer solchen Situation gibt es nur eine Lösung, weiß Manfred Duchené, Produktionsleiter TDK Europe: »Bei dieser Station können wir die Taktzeiten an den vorhandenen Maschinen nur durch das Teilehandling verkürzen.« Der Produktionsleiter entwickelte deshalb gemeinsam mit der Krauss-Maffei Automation AG, einem Spezialisten für die Spritzgießautomation, ein Handlingsystem, das bei der Entnahme Höchstgeschwindigkeiten von 35 Meter pro Sekunde erreicht.

Möglich machen das extreme Tempo maßgeschneiderte Hochgeschwindigkeits-Kugelschienenführungen von Rexroth. Das Handlingsystem ruht in einem hochsteifen Gehäuse aus glasfaserverstärktem Karbon. Die Linearbewegung in zwei Achsen übernehmen vier paarweise übereinander angeordnete 1.700 Millimeter lange Kugelschienenführungen. Angetrieben werden beide Achsen über einen Zahnriemen von einem Rexroth-Servomotor. Der Antrieb nutzt dabei das Flaschenzugprinzip: Während die obere Achse sich mit bis zu 12 m/s bewegt, treibt der Zahnriemen gleichzeitig die unteren Achsen in einem festen Übertragungsverhältnis relativ zur oberen Achse an, womit sich in Summe 35 m/s realisieren lassen. Insgesamt erreicht die Beschleunigung des Greifers zudem 300 m/s², das entspricht der dreißigfachen Erdbeschleunigung.

Drei Wagen machen Tempo

Auf jeder Profilschiene bewegen sich drei Hochgeschwindigkeits-Führungswagen, die höchste Tragzahlen und Steifigkeiten in allen vier Hauptbelastungsrichtungen bieten. Benötigt wird die große Steifigkeit speziell wegen der hohen Dynamik beim Einfahren in das Werkzeug, weil sonst der Greifer am Ende der Achse zu stark flattert. Einen anderen Aspekt hebt TDK-Produktionsleiter Duchené hervor: »Bei diesem Tempo kommt es entscheidend darauf an, dass die Zugkraft mittig zum Greifer übertragen wird.« Dies gewährleisten neben der Grundkonstruktion auch die Hochgeschwindigkeits- Führungswagen durch die vorgespannte, torsionsfeste O-Anordnung. Einen ruhigen Lauf auch bei hohen Drehmomentbelastungen bewirkt dabei die spezielle Geometrie des Einlaufs, der Umlenkung und Führung der Laufkugeln.

Der Rexroth-Servoantrieb Ecodrive treibt über einen Zahnriemen die Achsen an und arbeitet mit einem speziell abgestimmten AC-Servomotor und ist über eine digitale Schnittstelle mit der Maschinensteuerung verbunden, arbeitet aber parallel zur SPS, die die Freigabe für das Handling gibt. Alle anderen Applikationen rund um das Handling, beispielsweise die Vakuumgreifer, steuert dezentral der Antrieb. Sobald der Greifer mit Höchstgeschwindigkeit in das geöffnete Werkzeug eingefahren ist, entnehmen die Vakuumgreifer die in acht Kavitäten gespritzten Trays und übergeben sie an eine Fördereinrichtung, auf der zugleich eine Qualitätskontrolle stattfindet. Die extrem kurze Entnahmezeit von weniger als 0,3 Sekunden bei dem Achtfachwerkzeug verkürzt dabei die Zykluszeit entscheidend. Auch für Krauss-Maffei Automation war diese Aufgabe eine besondere Herausforderung, bestätigt Johann Seibold, der bei Krauss-Maffei Automation die Entwicklung und die Inbetriebnahme von dreien dieser Systeme begleitet hat: »Wir entwickeln seit Jahrzehnten komplette Automatisierungslösungen rund um die Kunststoffverarbeitung für alle denkbaren Anwendungen und Prozesse, aber das TDK-Handling ist sicherlich das schnellste System, das wir bislang gebaut haben.«

Werner Jaris, Bosch Rexroth AG

Erschienen in Ausgabe: 02/2007