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Bewegliche Leitungen im „High speed“- Einsatz

igus®-Energiekettensysteme in den Anlagen von Hekuma

Die Hochleistungsautomationen für die Kunststoffindustrie von Hekuma arbeiten mit Zykluszeiten im Sekundentakt. Für die Energiezuführung der Greifer heißt das: Nach nur vier bis sechs Wochen ist die erste Million Hübe erreicht – und das bei widrigen Umgebungsbedingungen wie Hitze, hoher Beschleunigung und Bewegung in zwei Achsen. Hier bewähren sich die chainflex® Leitungen von igus® und werden dabei fast so hoch beansprucht wie im igus®-eigenen Testlabor.
Schnell – schneller – am schnellsten: In dieser Steigerungskette gehören die Anlagen von Hekuma eindeutig zu den allerschnellsten. Denn das Unternehmen mit Hauptsitz in Eching bei München steht für die Hoch- und Höchstleistungsautomation von Spritzgussprozessen.

„Wir wollen die schnellsten sein“

Hekuma entwickelt und fertigt Komplettanlagen für die Kunststoffverarbeitung, die überwiegend in der Medizintechnik, in der Automobilindustrie und in der Konsumgüterproduktion zum Einsatz kommen. Zumeist stehen Spritzgussmaschinen im Zentrum der Anlagen, und Aufgabe von Hekuma ist es, nicht nur das Entnehmen zu automatisieren, sondern auch vor- und nachgeschaltete Prozesse wie zum Beispiel das Stanzen von Kontakten oder das Einlegen dieser Stanzteile in das Spritzgusswerkzeug zu integrieren.
Eins haben alle Anlagen von Hekuma gemeinsam: Sie arbeiten mit extremen Geschwindigkeiten. Elektrokonstrukteur Holger Weber: „Für uns liegen die typischen Zykluszeiten bei vier bis sechs Sekunden, und wir erreichen teilweise Entnahmezeiten von unter einer Sekunde.“ Aktuell liefert Hekuma zum Beispiel eine Anlage mit einem 64fach-Werkzeug für die Produktion von Labor-Probebehältern aus, die mit 5,5 Sekunden Zykluszeit getaktet ist.
Neben der Zykluszeit ist in allen drei Zielbranchen die Qualität die zentrale Führungsgröße. Holger Weber: „Selbst bei Anlagen mit 64 Kavitäten kann der Anwender bis in die Kavität genau verfolgen, wo und wann das Teil produziert wurde.“

In das geöffnete Werkzeug fährt der Entnahmeroboter ein – und hat typischerweise drei bis sechs Sekunden Zeit für den kompletten Zyklus. Dabei werden die elektrischen Leitungen extrem beansprucht.

Und schon wegen des hohen Produktionstempos müssen Stillstandszeiten unbedingt vermieden werden. Denn schon ein Ausfall von nur wenigen Minuten führt schnell zu zehntausenden von Fehlteilen.

Auch die hohe Anzahl der Leitungen stellt hohe Anforderungen an deren Verfügbarkeit. Ein Leitungsbruch – und die Maschine steht. chainflex® CF9 Leitungen gewährleisten die hohe Produktivität.

An den Grenzen des Maschinenbaus

Das hohe Produktionstempo der Anlagen hat aus Sicht der Hekuma- Konstrukteure zur Folge, dass häufig die Mechanik die Grenzen setzt, oft aber auch die Elektronik. Deshalb kommen immer die neuesten und leistungsstärksten IPC-Steuerungen mit der kürzesten Verarbeitungsgeschwindigkeit zum Einsatz – anders sind Zykluszeiten von zwei oder drei Sekunden nicht darstellbar. Damit bewegt sich Hekuma quasi an den (Tempo-)Grenzen des Maschinenbaus – und es stellt sich die Frage, mit welchen Leitungen und welchen Energieketten die Greifer ausgerüstet sind.

„Die“ Leitung für High-Speed-Robotik

Dass es sich nicht um Standardleitungen handelt, bedarf keiner Erklärung: Bei den typischen Zykluszeiten kommen innerhalb von wenigen Monaten mehrere Millionen Doppelhübe zusammen, und das bei sehr hohen Beschleunigungen von bis zu 10 g. Eine konventionelle Leitung würde unter diesen Belastungen schon nach wenigen Tagen ausfallen. Die von Hekuma gewählte Lösung hält Jahre. Holger Weber: „Wir setzen seit etwa zehn Jahren Leitungen aus dem chainflex®-Programm von igus® ein. Unsere interne Standardleitung ist die Serie CF9 mit Querschnitten von 0,25 bis 0,34 mm2 als INI-Leitung. Damit haben wir sehr gute Erfahrungen gemacht.“

Die chainflex® CF9 ist die „High End“-Leitung im Standardprogramm von igus – entwickelt für höchste Lebensdauer bei extremen dynamischen Beanspruchungen. Mit der Serie CF10 steht zusätzlich eine geschirmte Variante ab Lager zur Verfügung. Optimierte Litze und Mehrfachverseilung gleicht Kräfte aus

Das gesamte chainflex®-Programm wurde von Grund auf für die Anwendung in Energieketten entwickelt. Aus diesem Grund werden in den einzelnen Adern nur optimierte Litzen verwendet, die in ihrer Drahtstärke nicht zu dünn und nicht zu dick sind. Die einzelnen Adern sind so verseilt, dass keine „Korkenzieher“ entstehen können und sich die auftretenden Kräfte optimal aufheben können. Dies erreicht man durch kurze Schlaglängen und ab zwölf Adern durch eine sogenannte Bündelverseilung, bei der die Adern zunächst mit einer kurzen Schlaglänge verseilt und die daraus entstehenden Bündel wiederum zu einem Gesamtaufbau verseilt werden. Dieser Aufbau findet um ein zugfestes Kernelement herum statt. Das klingt aufwändig, aber der Aufwand lohnt sich Denn so bleibt die Verseilung auch bei höchster Biegebeanspruchung und hoher Dynamik stabil – was der Einsatz der chainflex® Leitungen in den Hekuma-Anlagen eindrucksvoll beweist.

„High End“ aus dem Standardprogramm

Die CF9-Serie, die Hekuma verwendet, gehört für igus zwar zum Standardprogramm, aber innerhalb des Standards bietet chainflex® vielfältige Möglichkeiten. Es stehen zuverlässige Leitungen für Anwendungen mit größerem Radius und weniger Zyklen ebenso zur Verfügung, wie Leitungen für kleinste Radien. Die hier verwendete CF9 ist im High-End-Bereich des Programms einzuordnen. Anwender, die nochmals belastbarere Leitungen wünschen, können Lösungen mit Sonderlegierungen nutzen, die sogar in einem Radius von 4xd den Belastungen standhalten. Aber für Hekuma – und auch für andere anspruchsvolle Kunden – ist das Eigenschaftsprofil der CF9 völlig ausreichend. Der Mantel aus speziellem abriebfestem TPE sorgt für sehr gute Abriebeigenschaften und in puncto Leistung, Dynamik und Tempo passt die Leitung bestens zu den Anforderungen von Hekuma. Auch der geringe Biegeradius von 5xd ist vollkommen ausreichend. Holger Weber: „Kleine Biegeradien sind für uns entscheidend, weil der Platz für das Werkzeug- und Werkstück-Handling oft extrem begrenzt ist und wir wissen im Zweifel ja, dass wir noch weitere Möglichkeiten bei igus hätten, falls unsere Anforderungen noch weiter steigen sollten.“

E6-Kette für die Leitungsführung

Die beweglichen Leitungen sind teils freiliegend angeordnet, zumeist aber – an den Hauptachsen – in Ketten. Hier hat Hekuma die E6-Baureihe von igus® als Standardsystem ausgewählt. Dass die Anforderungen an die Kette nicht geringer sind als die an die Leitungen, versteht sich von selbst. Holger Weber: „Aufgrund der sehr kurzen Hübe treten im Leitungssystem konstante Vibrationen auf, die wie kurze Schläge wirken. Das bewirkt eine sehr hohe Beanspruchung von Kette und Leitung, ganz anders als bei konstanten Abrollbewegungen.“

Die im Bild dargestellte Anlage gibt einen Eindruck davon, welche Bewegungsabläufe die Energiekette und die chainflex® Leitungen durchfahren – und wie oft sie das tun.

Hekuma setzt die chainflex® CF9-Leitungen in Kombination mit den E6-Energieketten von igus ein.

Das schwere Spritzgusswerkzeug ist nur 0,8 Sekunden lang komplett geöffnet. Der Greifer muss in dieser kurzen Zeit ins Werkzeug hineinfahren, mit einer Bewegung in der zweiten Achse die fertigen Kunststoffteile entnehmen, bevor das Werkzeug für den nächsten Schuss schließt.

Die hohe Packungsdichte der Leitungen verdeutlicht auch, welche Rolle die Antriebs- und vor allem die Steuerungstechnik hier spielt. Hekuma ist hier immer ganz vorne mit dabei, wenn es um das Ausloten neuer Möglichkeiten geht. Das betrifft die Einführung neuer Technologien bei der Verarbeitung und Montage, aber auch die Grundlagen der Automatisierungstechnik. Holger Weber: „Wir wollen ganz vorn mit dabei sein und künftig auch noch mehr Elektronik und Sensorik integrieren – zum Beispiel für die Zustandsanalyse von Maschinenkomponenten.“ Um die Energiezuführung muss man sich dabei jedenfalls keine Sorgen machen: Auch bei noch höherer Dynamik steht mit den chainflex® CF9-Leitungen und den E6-Energieketten ein System für absolute „High Speed“-Automation zur Verfügung.