Diese Artikelreihe erläutert jeden Schritt des Spritzgießprozesses, von der Granulatgewinnung bis zur Formgebung. Dieser Artikel konzentriert sich auf das Öffnen der Form, das Auswerfen des Formteils und die damit verbundene Automatisierung – unabhängig davon, ob die Teile fallen gelassen, abgesaugt oder manuell aus der Form entnommen werden. Die Roboterfähigkeiten des Spritzgießers in Kombination mit dem Greifarmwerkzeug (EOAT) beeinflussen direkt die Formkonstruktion, die Zykluszeit und die Kosten. Hier betrachten wir die Entnahme des Formteils mithilfe eines Roboters.

Eines der Ziele jedes Projekts ist es, alle Beteiligten zur Kommunikation und Zusammenarbeit zu bewegen, um den optimalen Plan zu entwickeln. Neben vielen anderen Vorteilen stellt dies sicher, dass die richtige Automatisierungsausrüstung angeschafft wird. Es gibt viele verschiedene Robotertypen. Zwei Industriestandards sind:linearUndartikuliertLineare Roboter sind in der Regel kostengünstiger, ermöglichen eine schnellere Entnahme der Teile aus der Form und sind einfacher zu programmieren. Allerdings bieten sie eine geringere Beweglichkeit des Werkstücks und eignen sich weniger für die Nachbearbeitung. Da sich lineare Roboter bewegen, sind sie oft auf die X-, Y- oder Z-Ebene beschränkt und bieten keine vergleichbare Bewegungsfreiheit wie ein menschlicher Arm. Lineare Roboter können auf der Bedienerseite, der Nicht-Bedienerseite oder am Ende der Presse (L-Halterung) installiert werden.

Knickarmroboter sind multifunktional, besonders nützlich für die Nachbearbeitung von Spritzgussteilen und lassen sich dank ihrer menschenarmähnlichen Beweglichkeit auch in beengten Räumen einsetzen. Sie werden üblicherweise neben der Maschine am Boden oder auf der fest installierten Aufspannplatte montiert. Beispielsweise ermöglichen Knickarmroboter in Nachbearbeitungsanwendungen wie Montage oder Verpackung eine orbitale Positionierung, die individuell an die jeweilige Position des Werkstücks angepasst werden kann. Allerdings benötigen diese Roboter mehr Platz und sind aufgrund der orbitalen Positionen oft schwieriger zu programmieren. Zudem sind sie in der Regel teurer und ermöglichen eine langsamere Entnahme der Werkstücke aus der Form.

EOATist ein weiterer wichtiger Faktor. Häufig wählen Spritzgießer die kostengünstigste EOAT-Konfiguration, was zu einer ungenauen Konstruktion führen kann, die die für den Betrieb innerhalb der Prozesstoleranzen erforderlichen Toleranzen nicht einhalten kann.

HandgelenksbewegungenEin weiterer Aspekt bei der Robotik ist die Art der Bewegung. Traditionell verfügen Linearroboter über eine pneumatische 90°-Drehung von vertikal nach horizontal, was für die meisten Pick-and-Place-Anwendungen ausreichend ist. Häufiger sind jedoch zusätzliche Freiheitsgrade erforderlich, beispielsweise für Nachbearbeitungsprozesse oder zum einfachen Entformen des Werkstücks. Viele neuere Automatisierungsanwendungen verwenden Werkstücke mit Details, die nicht in der Formzeichnung enthalten sind. Daher muss der Roboter das Werkstück vorsichtig aus der Form lösen. Dies erfordert ein Servogelenk, das dem Ende des vertikalen Arms eines Linearroboters eine zweiachsige Gelenkbewegung hinzufügt.

Die Art des mit dem Roboter kombinierten Handgelenks hat direkten Einfluss auf die Werkzeugkonstruktion. So beeinflusst sie beispielsweise die Werkzeugöffnungsweite, also den linearen Schließhub, der erforderlich ist, um das Werkzeug so weit zu öffnen, dass der Roboter die Teile entnehmen kann. Ein Doppelgelenk-Design für das Umspritzen kann die Werkzeugöffnungsweite um 25 Prozent minimieren, die Programmierung vereinfachen und die Werkzeugöffnungszeit verkürzen, was insgesamt die Zykluszeit verbessert.

Bei der Auswahl des passenden Handgelenks sind Drehmomentanforderungen, Handgelenkgewicht, Gewicht der Nutzlast (Teile und Laufschienen) sowie der benötigte Spielraum für Handgelenk, Nutzlast und Bewegung zu berücksichtigen. Kurz gesagt: Die Wahl des Handgelenks wird hauptsächlich durch die Anwendungsanforderungen bestimmt, wobei übermäßige Drehmomente oder ein minimaler Spielraumbedarf mitunter eine größere Rolle spielen können. Diese Faktoren werden oft übersehen, was zu vorzeitigem Komponentenausfall oder dem vollständigen Ausfall der Automatisierung führen kann.

ToleranzenBei der Konstruktion von Automatisierungszellen sind weitere Aspekte zu berücksichtigen. Ein Roboter hat eine vorgegebene Positioniertoleranz. Diese ist jedoch in der Regel nicht verlässlich für die Positionsgenauigkeit in der Zelle, da die Gesamttoleranzen der Zelle oft weit über den zulässigen Toleranzen der Zeichnung des Endprodukts liegen. Zudem ist zu beachten, dass sich der Roboter auf einer beweglichen Maschine befindet. Daher ist es bei einer Automatisierungszelle mit engen Toleranzen besser, den Roboter aus der Toleranzberechnung herauszunehmen und ihn lediglich als Träger des Endprodukts (EOAT) zu betrachten. EOAT, Werkzeug und Automatisierungsvorrichtungen bilden dabei ein in sich geschlossenes System. Um engere Toleranzen zu gewährleisten, werden häufig Positionierstifte verwendet, um die korrekte Bezugsposition der drei Komponenten dieses Systems sicherzustellen.

VibrationDie Einhaltung der Positionstoleranz stellt oft die größte Herausforderung dar. Bedenkt man, dass sich unter einem auf einer Maschinenplatte montierten Roboter ein bewegliches Maschinenteil befindet, ist es nicht verwunderlich, dass die Einhaltung der Positionstoleranz schwierig ist. Die Kräfte einer in Betrieb befindlichen Spritzgießmaschine beschreiben einen sinusförmigen Verlauf. Sobald diese Sinuskurve am Endanschlag (EOAT) endet, entstehen hochfrequente Schwingungen.

Grund: Die sinusförmige Schwingungsbewegung der Spritzgießmaschine überträgt sich auf die Metallmasse. Größere Masse ermöglicht niedrigere Frequenzen, geringere Masse hingegen höhere. Da sich diese sinusförmige Schwingung von der festen Aufspannplatte über den Roboterarm und den Verfahrbalken zum Ausleger, zum Vertikalarm und schließlich zum Endanschlag (EOAT) ausbreitet, nimmt die Masse exponentiell ab, was die Schwingungen übermäßig verstärkt. Die Lösung besteht darin, die Schwingungen durch ein Stützbein mit ausreichender, proportional zur Robotermasse, zu dämpfen. Dadurch wird ein Pfad für die Übertragung der Kräfte auf eine Schwingungsdämpfungsplatte am Boden geschaffen. Je größer das Stützbein, desto größer die Masse, desto leichter lässt sich die Schwingung übertragen und desto geringer sind die Vibrationen.

Diese grundlegenden Überlegungen zur Robotertechnik werden dem Spritzgussteam helfen, einen vollständigen und konsistenten Spritzgussprozess zu gewährleisten.