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antriebstechnik 8/2015

antriebstechnik 8/2015

ROBOTIK UND MOTION

ROBOTIK UND MOTION CONTROL I SPECIAL Edle Tropfen Berührungsloser Linearwegsensor bringt Genauigkeit und die schnelle Abtastrate in die Kunststoffindustrie Ralf Moder Eine Maschine für die additive Fertigung produziert Bauteile, die nicht nur als Anschauungsobjekte taugen, sondern industriellen Ansprüchen genügen. Möglich wird das u. a. durch sehr eng aufgetragene Kunststofftröpfchen und eine komplett über Highspeed- Ethernet angebundene Aktorik und Sensorik der Maschine. Die Bewegung der Schnecke in den beiden Austragseinheiten erfasst dabei ein berührungsloser Linearwegsensor. Ralf Moder ist Vertriebsspezialist bei der Hans Turck GmbH & Co. KG in Mülheim an der Ruhr Produktionseffizienz − so lautet das Versprechen, das Kunden seit etlichen Jahren von der Firma Arburg GmbH + Co KG aus Loßburg erwarten dürfen. Sie bekommen nicht nur die Spritzgussmaschine ihrer Wahl, das Unternehmen unterstützt sie auch dabei, ihre Kunststoff-Produktionsaufgabe möglichst effizient zu lösen. Das Angebot umfasst zudem Robot-Systeme, kundenspezifische Turnkey-Anlagen und anderen Peripherie. Seit kurzem hat Arburg sein Angebot um eine weiteres Produkt ergänzt, das in der Kunststoffwelt für Aufsehen gesorgt hat: den werkzeuglos auf Basis von Standardgranulaten arbeitenden Freeformer. Kunden, die Einzelteile oder nur wenige 100 Stück von einem Bauteil benötigten, standen bisher vor einer schwierigen Wahl. Für so wenige Teile lohnt sich die Fertigung einer Spritzgussform kaum. Legt man die Kosten auf das einzelne Bauteil um, steigt sein Preis ins Unwirtschaftliche. Seit Arburg 2013 den Freeformer erstmalig vorstellte, bietet der Maschinenbauer nun auch für die industrielle additive Fertigung von Einzelteilen und individualisierten Kleinserien eine Lösung an. Die 3-D-Druck-Branche zeigt sich noch relativ entspannt gegenüber dem Einstig des Spritzgussprofis in diesen Markt. Das hat zwei Gründe: Zum einen wird der 3-D- Druck als Fertigungsverfahren durch den Einstieg eines der weltweit führenden Spritzgussmaschinenherstellers aufgewertet. Zum anderen spricht Arburg mit seinem Freeformer teilweise andere Kunden an als die Hersteller herkömmlicher 3-D-Drucker. 3-D-Druck für industrielle Anforderungen Bei einem der bislang üblichen Verfahren tragen 3-D-Drucker einen Kunststoffstrang aus, der beim Druck nicht unterbrochen werden kann. Das schränkt die Freiheit der Bauteil-Geometrie ein. Arburg setzt das selbst entwickelte AKF-Verfahren ein. Beim Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) wer- 01 Das Design des Freeformers wurde 2014 mit dem renommierten Red Dot Award ausgezeichnet 52 antriebstechnik 8/2015

SPECIAL I ROBOTIK UND MOTION CONTROL den Bauteile ohne Werkzeug aus 3-D-CAD- Daten einzeln Tropfen für Tropfen aus geschmolzenem Standardgranulat aufgebaut. „Der Freeformer druckt nicht nur Prototypen- oder Anschauungsexemplare, sondern fertigt industriell einsetzbare Einzelteile und Kleinserien, die von der Stabilität, aber auch von der Bauteilgenauigkeit industriellen Anforderungen entsprechen“, erklärt Entwicklungsleiter Dr. Eberhard Duffner. Das gelingt der Maschine, indem man den Kunststoff je nach Düsengröße in 200 bis 300 Mikrometer kleinen Tröpfchen aufträgt. Mit diesem Verfahren lassen sich auch komplexe Geometrien realisieren. Linearwegsensor erfasst Schneckenbewegung Den Takt und die Größe der Tröpfchen regelt eine Blende an der Spitze der Austragseinheit. Der plastifizierte Kunststoff wird mit einigen hundert Bar Druck vor die Blende gespannt. „Dieser Druck wird mit der Plastzifizierschnecke erzeugt und ge regelt. Um die Tröpfchengröße bezüglich Viskositätsschwankungen des aufgeschmol zenen Materials konstant halten zu können, wird mit dem sich extrem langsam verändernden Schneckenweg, gemessen am sogenannten Li-Sensor, ein Korrekturmodell gerechnet“, so Werner Faulhaber, Leiter der Abteilung Entwicklung Elektrotechnik bei Arburg. Wären die Tröpfchen zu groß oder zu klein, würde das der Qualität des Bauteils schaden. Die Oberfläche des gedruckten Bauteils ist zwar nicht so glatt wie die eines spritzgegossenen Bauteils, allerdings sind die Tröpfchen regelmäßig angeordnet, so dass die Abmessungen des späteren Bauteils exakt stimmen. Möglich wird das unter anderem durch Turcks induktiven Linearwegsensor Li-Q25, der die Bewegung der Schnecke im Freeformer erfasst. Genauigkeit und Linearität „Wir arbeiten auf 25 Mikrometer genau. Der Li leistet dies über einen Weg von 500 mm, ohne dass die Genauigkeit mit der Messlänge abnimmt. Diese Genauigkeit ist bei Sensoren mit Varan-Schnittstelle ein Alleinstellungsmerkmal. Die Positioniergenauigkeit und die Reproduzierbarkeit waren die entscheidenden Vorteile des Li“, beschreibt Werner Faulhaber die zentralen Gründe für Wahl des Sensors für die Plastifizierschnecke. Turcks Li-Sensoren werden auch an Spritzgießmaschinen von Arburg eingesetzt. Obwohl die Sensoren in diesen Spritzgießmaschinen auch an der Schnecke verwendet 02 Am Ende der beiden Zylinder befinden sich die Li-Sensoren, um den Weg der Plastifizierschnecke zu erfassen 04 Das Freeformer- Prinzip erlaubt den Einsatz von verschiedenen Standardgranulaten werden, sind die Anforderungen hier anders gelagert: „Von der Performance her ist der Li an der Spritzgießmaschine eher belastet“, sagt Faulhaber. Die Geschwindigkeit der Signalsaugabe ist beim Freeformer und der eher langsamen Bewegung der Schnecke unkritisch. „Hier war es aber wichtig, dass wir die Abtastrate erfüllen können, die die Servo-Achsen benötigten. Auch wenn die translatorische Bewegung der Schnecke selbst nicht sehr dynamisch ist, rufen wir den Wert sehr häufig ab.“ Arburg setzt in beiden Maschinentypen einen induktiven Linearwegsensor von Turck mit einer maximalen Abtastrate von 5 kHz ein. Über Echtzeit-Ethernet Varan angesteuert „Der Freeformer ist komplett elektrisch angetrieben. Wir setzen keine pneumatischen oder hydraulischen Antriebe ein. Jede Achse − und das können bis zu dreizehn Servo-Achsen sein − steuern wir über Echtzeit-Ethernet an. Wir hatten die Vision, die komplette Aktorik 03 Beim Druck bewegt sich der Materialtisch über drei Achsen auf wenige Mikrometer genau unter der starren Austragseinheit und einen maßgeblichen Teil der Sensorik über Echtzeit-Ethernet anzubinden“, beschreibt Faulhaber die Entscheidung für das Highspeed-Ethernet-Protokoll Varan. Damit war ein weiteres Kriterium bei der Auswahl des geeigneten Linearwegsensors gesetzt. Arburg hat die Varan-Schnittstelle des Li 2012 für den Einsatz in elektrisch angetriebenen Spritzgussmaschinen mitentwickelt. Von dieser Entwicklung konnte Arburg selbst im Free former nun erneut profitieren. „Wir haben den Vorteil, dass wir den Li-Sensor in dieser speziellen Ausführung so einfach einbinden können wie einen unserer eigenen Aktoren oder Messsysteme“, sagt der Abteilungsleiter im Hinblick auf die Integration des Sensors in die Maschinensteuerung. Seine Steuerungen entwickelt Arburg für alle Maschinentypen selbst. Angesichts des rein elektrisch angetriebenen Freeformers war die hohe EMV-Stabilität ein weiterer Pluspunkt des Turck-Sensors. www.turck.de antriebstechnik 8/2015 53

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