Flexibel, leicht und mobil. Dies sind die Eigenschaften des mobilen Spritzgießens, das auf der K 2019 vorgestellt wurde. Nun wird die zweite Generation vorgestellt.

Die mobile Spritzgießmaschine wird von einem 6-Achs-Roboter geführt. (Bild: Anybrid)

Im Jahr 2019 wurde innerhalb von 10 Monaten, ausgehend von einem leeren Blatt Papier, eine mobile Leichtbau-Spritzgießmaschine bis zum Prototyp einer produzierenden Anlage umgesetzt. So konnte auf dem Science Campus der K-Messe am Stand des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden Robin (Robotised Injection Moulding) der Weltöffentlichkeit vorgestellt werden. Die Erfinder waren von der durchweg positiven Resonanz der Besucher begeistert. Wenige Wochen später wurde eine Expertenjury in Berlin von der Idee überzeugt, die Technologie im Rahmen des Exist-Programms, mit dem das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz den Transfer aus der Wissenschaft in die Gründung neuer Unternehmen fördert, weiter zu verfolgen. Mit diesem doppelten Rückenwind wurde im März 2020 das Gründungsprojekt gestartet und schon wenige Monate später das Unternehmen Anybrid ins Leben gerufen. Zwischenzeitlich wird die Technologie des mobilen Spritzgießens am Markt eingesetzt. Deshalb soll erneut die Plattform der K-Messe genutzt werden, um die zweite Generation zu präsentieren.

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Robin besteht im Wesentlichen aus einem C-Bügel Schließsystem, in dem Carbonfasern als lasttragende Komponente eingesetzt werden, einem kompakten Formwerkzeug sowie einem Kolbeninjektionssystem. Durch diese einzigartige Kombination der Komponenten ergibt sich das geringe Gesamtgewicht von unter 150 kg. Dies ermöglicht es, dass das System sehr gut mit Automatisierungssystemen kombiniert und dadurch mobilisiert werden kann, wie wir das von klassischen Schweiß- und Fügezangen seit vielen Jahren kennen. Nach wochenlangen Tests der Tragfähigkeit des Leichtbau C-Bügels in einer Vielzahl von mechanischen Prüfungen, wie auch zur Analyse der Langzeitfestigkeit, konnte die Auslegung der Compositestruktur validiert werden. Im Gegensatz zu stationären Spritzgießsystemen sind die Lastanforderungen einer Spritzgießmaschine, die frei im Raum bewegt und gedreht werden kann, jedoch deutlich komplexer. Deshalb wurden auf Basis der Analysen und Auslegung sowohl die Gesamtsteifigkeit als auch die Steifigkeit quer zur Belastung signifikant verbessert. Dadurch konnte wiederum die Schließkraft mit bis zu 10 t nahezu verdoppelt und deutlich höhere Verfahrgeschwindigkeiten erreicht werden. Wird die Anlagentechnik mit klassischer 6-Achs-Industrierobotik kombiniert, so muss neben der Masse auch der Schwerpunkt der Maschine berücksichtigt werden. Durch eine Neuentwicklung der Schnittstelle zwischen Injektionssystem, Werkzeug und Schließsystem konnte die Anbindungsposition zum Roboter besser gestaltet werden, was zu einer günstigeren Lage des Schwerpunkts, einer geringeren Masse der Gesamtanlage und zu einer deutlich verbesserten Bewegungsfreiheit des Roboters führte. Um weiteres Gewicht einzusparen, befindet sich der charakteristische rote Aluminium-Führungsbügel künftig nur noch auf einer Seite des C-Bügels. Alles in allem konnte die Anlagentechnik in ihrer zweiten Generation in wichtigen Eigenschaften verbessert und in Summe um über 10 % leichter ausgeführt werden. Ergänzt wird die neue Anlagentechnik mit einer maßgeschneiderten Steuerung, die nicht nur den Spritzgießzyklus überwacht, sondern auch die Bewegung der Automatisierung mit einbindet.

Die Beweglichkeit von Robin ist überall dort interessant, wo lokal an- oder überspritzt werden muss, schafft jedoch auch neue Anwendungsgebiete, wo das Spritzgießen bislang nicht zum Einsatz kam. In verschiedenen Pilotprojekten konnten mit Anwendern vollkommen neuartige Produktionsszenarien, die sich durch eine Mobilisierung der Spritzgießanlagentechnik ergeben, demonstriert werden. Besonders vielversprechend dabei ist die Integration in Extrusions- oder Pultrusionslinien. Gemeinsam mit der Innovationsgruppe von Rehau Industries konnte erfolgreich die Inline-Funktionalisierung eines Extrusionsprofils mit dem System realisiert werden. So können sonst notwendige, oftmals manuelle und nachgelagerte Montageschritte von Funktionselementen direkt in der Linie unter Nutzung der Prozesswärme durchgeführt werden. In den umfangreichen Untersuchungen zur Materialkompatibilität gemeinsam mit Rehau wurden verschiedene Materialien wie ASA, ABS, PVC, PP, TPE oder auch TPU sowohl in Mono- als auch in Multimaterialsystemen erfolgreich erprobt.

Da zur Integration des Systems in kontinuierliche Fertigungslinien die Flexibilität der 6-Achs-Robotik oft nicht notwendig ist, wurde ein kompaktes 3-Achs-Linearsystem konzipiert. Aufgrund der geringen Masse der Maschinentechnik kann hier auf Elemente mit geringen zulässigen Maximallasten und kleinere Antriebe zurückgegriffen werden. Dies hat sowohl energetische als auch wirtschaftliche Vorteile und die durch bewegte Massen ausgelösten Schwingungen sind reduziert. Ein oder mehrere der Systeme bewegen sich dabei auf einer Achse in Produktionsrichtung. Entscheidend ist es, die Prozessgeschwindigkeit der Extrusion mit dem Zyklus des Spritzgießens zu harmonisieren. So ergibt sich das Prozessfenster aus notwendiger Abkühldauer des Formteils, Laufgeschwindigkeit des Profils sowie dem gewünschten Abstand der Funktionselemente. Um das Prozessfenster zu erweitern und auch Abzugsgeschwindigkeiten größer als 15 m/min abzudecken, können neben der Parallelisierung mehrerer Systeme auch Mehrkavitätenwerkzeuge zum Einsatz kommen. Die Integration des Robin-Systems in andere Prozesse ist dabei keineswegs auf die klassische Kunststoffverarbeitung begrenzt. So führen auch Kombinationen mit klassischer Holz- oder Metallverarbeitung zu vielfältigen neuen Anwendungsgebieten der Spritzgießtechnik wie etwa im Möbel- und Baubereich. Darüber hinaus ergeben sich auch Potenziale beim Verarbeiten thermoplastischer Composite. Dabei ist das Anspritzen von sogenannten Organoblechen oder Compositeprofilen in den letzten 10 bis 15 Jahren bis zum Serieneinsatz etwa in der Automobilindustrie geführt worden. Außerhalb dieser Industrie scheitert es jedoch oftmals an der geringeren Stückzahl sowie den hohen Werkzeug- und Anlagenkosten. Gerade hier können durch den Einsatz von Robin Prozesse auch für kleinere Stückzahlen wirtschaftlich umgesetzt werden, indem zum Beispiel lokale Funktionalisierungen auf Compositestrukturen sequenziell aufgebracht werden. Ein Beispiel dafür wurde in der Anwendung eines Composite-Hohlprofils mit Inometa, Herford, und Mitsui Chemicals Europe, Düsseldorf, aufgezeigt. Im nächsten Schritt sollen hier nun die Maschinentechnik des laserbasierten Tapewickelns in einer hybriden Fertigungszelle mit Robin gekoppelt werden, um das gesamte Potenzial durch die Synergie der Technologien ausschöpfen zu können.

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Die zweite Generation des Robotised Injection Moulding wird erstmals auf der K-Messe 2022 live vorgestellt. Neben der Anlagentechnik steht die Vielseitigkeit der Einsatzfelder im Fokus der Präsentation. Neben Robin werden dabei die aktuellen Projekte mit Beteiligung des ILK vorgestellt. Übergeordnetes Thema ist der Neutralleichtbau. Durch diese neue Denkweise sollen Wege aufgezeigt werden, wie auch der Leichtbau dazu beitragen kann, die natürlichen Ressourcen zu schonen, die Umwelt zu schützen und eine Kreislaufwirtschaft aufzubauen.

Platz 10: Der Angusspicker E-Pic von Engel, Schwertberg, Österreich, kombiniert Linearbewegungen mit einem Schwenkarm. Dadurch erreicht er kurze Entnahme-zyklen und benötigt im Vergleich zu Geräten gleicher Größe weniger als halb so viel Energie. (Bild: Engel)

Platz 9: Mit dem Scara-Roboter IXP folgt IAI, Schwalbach, dem Bedarf der kleineren- und mittelgroßen Unternehmen nach einem kostengünstigen Einstieg in die automatisierte Fertigung. Den durch Schrittmotoren angetriebene Scara-Roboter gibt es zunächst mit zwei Armlängen, mit einer Reichweite von 350 beziehungsweise 450 mm. (Bild: IAI)

Platz 8: Die Linearroboter LRX 50, 100 und 150 von Krauss Maffei, München, eignen sich für Spritzgießmaschinen mit 350 bis 6.500 kN Schließkraft. Zahnstangenantriebe anstelle von Zahnriemen ermöglichen präzise, schnelle Achsbewegungen. (Bild: Krauss Maffei)

Platz 7: Die 7X-Roboter-Baureihe von Sepro, Dietzenbach, verfügt über eine servomotorische Handachse mit zwei Antrieben. Im Unterschied zu pneumatischen Rotationen können die Drehgelenke Winkel von 0 bis 180° und von 0 bis 270° oder jeden beliebigen Teil dieser Drehbewegungen präzise abfahren. (Bild: Sepro)

Platz 6: Der Tischroboter UR3 von Universal Robots, Odense, Dänemark, wiegt 11 kg und hat gleichzeitig eine Traglast von 3 kg, eine 360°-Rotation an allen Drehgelenken sowie eine endlose Rotation an der Werkzeugschnittstelle. (Bild: Universal Robots)

Platz 5: Die Besonderheit der Roboter von Stäubli, Bayreuth, die in den drei Modellreihen TX2-40, TX2-60 und TX2-90 im Traglastbereich von 2 bis 15 kg mit Reichweiten von 515 bis 1.450 mm angeboten werden, liegt in ihrer Sicherheitstechnik. Die Sechsachser haben einen digitalen Sicherheitsencoder pro Achse und ein Safetyboard. (Bild: Stäubli)

Platz 4: In der Basiskonfiguration bewältigt der Linearroboter WX163 von Wittmann Robot-Systeme, Nürnberg, eine Traglast von 45 kg. Hier kommt bereits eine pneumatische Kombi-C-Achse mit überproportional hohem Drehmoment zum Einsatz. Daneben bietet diese Lösung den Vorteil, dass eine variable Montagefläche für den Entnahme­greifer zur Verfügung steht und die Verdrehsteifigkeit des Gesamtsystems gestiegen ist. (Bild: Wittmann Robot Systeme)

Platz 3: AGS, Bergisch Gladbach, mit der Greifzange GZA-S-20-16-L-33 eine Lösung entwickelt, die für eine sichere Entnahme von Angüssen sorgt. Gegenüber dem Standardmodell wurde der Öffnungsweg der Greiferlösung um 11 mm vergrößert. Mit einer maximalen Öffnung von bis zu 34 mm können Angüsse mit Durchmessern von 4 bis 10 mm optimal entnommen werden. (Bild: AGS)

Platz 2: Success 22 ist der erste einer neuen Serie von schnelleren, leistungsstärkeren Linearrobotern von Sepro, Dietzenbach, für mittelgroße Spritzgießmaschinen. Entwickelt für Maschinen mit Schließkräften von 1.500 bis 4.500 kN, ist der Roboter schneller und kann größere Traglasten bewegen als sein Vorgängermodell aus der Axess-Reihe. Die maximale Traglast beträgt 10 kg, der Entformhub 700 mm. (Bild: Sepro)

Platz 1: Die beschichteten Innengreifer IGP EP von ASS Maschinenbau, Overath, verfügen über Greifbacken mit einer Elastomer-Poly­urethan-Beschichtung mit Shore A Härte 60. Sie haben einen höheren Reibwert als die unbeschichteten und ermöglichen so einen sicheren Halt auch bei sensiblen Materialien und glatten Oberflächen. Die Innengreifer sind mit den Klemmdurchmessern 14 und 20 mm und mit einem Greifbereich von 10 bis 50 mm erhältlich. (Bild: ASS)

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