Mobiler Spritzguss Diese Energiekette hält Robin in Bewegung

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Wenn sich der große Roboterarm mit der "Robin" Spritzgussmaschine in Bewegung setzt, darf nichts schiefgehen: Alle Leitungen, die es für den mobilen Spritzguss braucht, müssen ihre Aufgabe zuverlässig erfüllen. Dafür setzt das Start-up Anybrid auf die dreidimensionale Energiekette Triflex R von Igus.

Das Start-up Anybrid ging im Dezember 2020 aus dem Institut für Kunststofftechnik und Leichtbau der TU Dresden hervor, die Gründer sind ehemalige wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts. Anybrid bringt in seiner Arbeit beide Forschungsschwerpunkte des Instituts zusammen: Das Unternehmen entwickelt mobile Spritzgussanwendungen für unterschiedliche Branchen. Dazu wird ein industrieller Roboterarm verwendet, an dessen Kopf die mobile Spritzgussmaschine installiert wird. Sein Schließsystem ist aus Leichtbaumaterialien wie Carbon gefertigt. In einem großen Bewegungsradius übernimmt die Maschine dann flexibel den Kunststoffspritzguss. Damit das auch funktioniert, müssen die verbauten Komponenten besonders leicht und flexibel sein, schließlich arbeitet der Roboterarm mit sechs Achsen. Für Anybrid war bei der Entwicklung des mobilen Spritzgusssystems auch die richtige Leitungsführung eine große Herausforderung. Neben vielen unterschiedlichen Medien müssen die Leitungen hohen Drücken und Temperaturen entlang der Bewegung standhalten. Als Alternative zum herkömmlichen Wellrohrschlauch hat das Start-up mittlerweile in der dreidimensionalen Energiekette Triflex R von Igus die perfekte Lösung gefunden.

Anybrid: Ein Kofferwort, das hält, was es verspricht

„Wir haben die Technologie des mobilen Spritzgusses erfunden“, sagt Dr. Michael Stegelmann, Mitgründer des Unternehmens, selbstbewusst. Und bei Anybrid ist der Unternehmensname Programm: Er ist ein Kofferwort aus den englischen Worten anything und hybrid. Ersteres soll die Vielseitigkeit der mobilen Spritzgussanwendung verdeutlichen, hybrid liegt in der Produktion begründet. „Es geht bei uns immer darum, hybride Bauteile zu erzeugen und einen Hybridgedanken in der Produktionskette zu verfolgen“, weiß Stegelmann. Als Hybridbauteile bezeichnet man im Spritzguss die Kombination unterschiedlicher Materialien, etwa von Kunststoff und Metall. Der Name des Start-ups hält aber noch mehr bereit: Selbst die Klangähnlichkeit zum Wort bird für „Vogel“ ist gewollt, schließlich erinnert die Leichtigkeit der Roboterbewegung schnell an den Flügelschlag eines Vogels. Das System selbst heißt Robin und steht für robotized injection molding – den roboterbasierten Spritzguss.

Wissen aus der Forschung in die Praxis umsetzen

Bis zur Entwicklung von Robin hat es seine Zeit gedauert. Das Wissen aus der Forschung an der TU Dresden musste in die industrielle Praxis umgesetzt werden. „Zum einen wissen wir, wie man Leichtbaustrukturen auslegt und die richtigen Materialien einsetzt. Wir wissen aber auch, wie man Kunststoffe verarbeitet“, erläutert Stegelmann. Das Start-up wurde mit dem Exist-Forschungstransfer der Bundesregierung gefördert und arbeitet mittlerweile in unterschiedlichen Branchen. Das reicht vom höchst filigranen Spritzguss in der Medizintechnik, wo Kunststoff im Milligrammbereich aufgetragen wird, bis hin zu Anwendungen in der Bau-, Automobil-, Luftfahrt- oder Elektroindustrie. „Letztlich geht es um das gesamte Einsatzgebiet von Kunststoffen.“ 

Energiekette mit getrennten Kammern 

Die Triflex R löst gleich mehrere Probleme auf einmal. Die Energiekette bietet den Nutzern die Leitungsführung in mehreren baulich getrennten Kammern an. Neben der Betriebssicherheit ermöglicht das System durch die Kettenglieder eine Verdrehung von ±10 Grad pro Kettenglied in der Längsachse. Im Vergleich zum herkömmlichen Schlauch setzt die Triflex R auf einen definierten Biegeradius, der die Lebensdauer der darin geführten Leitungen und Schläuche deutlich erhöht. Bei Anybrid ist man von dem System begeistert. „Ich bin mit der Entscheidung für die Triflex sehr zufrieden“, konstatiert Tony Weber, der bei Anybrid die Technologieentwicklung verantwortet. Für Weber profitiert sein Produkt noch in mehreren weiteren Aspekten von der Triflex. Igus nutzt als Rückzugsystem ein Gummiband im Inneren der Energiekette, die die Kettenglieder immer wieder in den Ausgangspunkt zurückzieht. Dabei sind zwei verschiedene Stärken über das Gummiband einstellbar. Zur Zugentlastung nutzt Anybrid die CFX-Schellen von Igus, die eine hohe Haltekraft von Pneumatikschläuchen in der Energiekette gewährleisten. Hinzu kommt für Weber die leichte Handhabe: „Ein Wellrohr zu bestücken, dauert doppelt bis dreimal so lange und der Aufwand ist enorm hoch, wenn dann doch etwas angepasst werden muss“, hat er festgestellt.

Diese große Bandbreite an Anwendungen ist eine zentrale Fähigkeit von Anybrid, sie birgt aber auch unterschiedliche Herausforderungen. Gerade die Leitungsführung in Spritzgussanwendungen ist traditionell wenig flexibel und genau auf die benötigte Aufgabe ausgerichtet. Für den sicheren und zuverlässigen Spritzguss braucht es viele verschiedene Medien, neben der Strom- und Datenzuführung sind das vor allem Hydraulik- und Wasserleitungen. Allein vier Hydraulikkreisläufe mit acht Hydraulikleitungen sind es bei Robin an der Zahl. In der Vergangenheit haben Stegelmann und sein Team die Leitungsführung meist über einfache Wellrohrschläuche realisiert. „Das hat in der Laborumgebung sehr gut funktioniert, ist aber nicht mehr für die Ansprüche der Industrie geeignet“, so der (Co-)Gründer. Das Hauptproblem ist die Betriebssicherheit. Die Hydraulikleitung befindet sich im Wellrohrschlauch direkt neben dem heißen Wasserschlauch, und der wiederum direkt neben den Stromleitungen. Aufgrund dieser hohen physikalischen Belastungen steigt die Fehleranfälligkeit deutlich an. Wird das System dann noch in einer hochflexiblen Anlage wie einem Roboterarm verbaut, sind Defekte vorprogrammiert. Stegelmann und seine Kollegen haben mit zunehmender Reife der Anwendung also festgestellt, dass der Wellrohrschlauch durch eine professionelle Lösung ersetzt werden muss. Mit der dreidimensionalen Energiekette Triflex R, die insbesondere für den Einsatz in Robotikanwendungen geeignet ist, steigt die Betriebssicherheit signifikant.

Offene und geschlossene Variante

Insgesamt nutzt Anybrid zwei unterschiedliche Typen der Triflex R. An den tieferen Achsen werden die Leitungen durch die offene Kette Triflex R TRLF.100 geführt. Die Kettenglieder sind einfach aufklappbar, leicht und kostengünstig. Die TLRF.100 kommt vor allem bei dicken und steifen Schläuchen zum Einsatz oder dann, wenn viele Leitungen durch die Kette geführt werden. Durch den Schnappverschluss sind ein leichtes Befüllen und der Austausch von vorkonfektionierten Leitungen jederzeit sehr einfach möglich. In den Achsen 3 bis 6 verwendet Anybrid die geschlossene Triflex Variante TRCF.100. Sie bietet die für das Start-up so wichtigen getrennten Kammern und liefert eine hohe Torsionsfähigkeit. Das System ist einfach zu verlängern und zu kürzen und damit genau für die Anwendung entlang von Roboterarmen geeignet. Bei Anybrid haben sich beide Modelle bereits bewährt. „Das Igus Sortiment ist wirklich passend für uns“, bekräftigt Tony Weber.

Grundstein für den betriebssicheren mobilen Spritzguss

Wie Anybrid ist auch Igus in der Spritzgussfertigung aktiv, ein Großteil der Produkte entsteht am Firmensitz in Köln-Porz. Michael Stegelmann ist sich sicher: „Wer in der Kunststoffindustrie in Deutschland unterwegs ist, stößt früher oder später immer auf Igus.“ Den Ingenieuren war das Produktportfolio der Kölner deshalb bereits bekannt. In der Umsetzung hat schließlich Florian Gerisch beraten, technischer Kaufberater für die Triflex R bei Igus. Er selbst hat vor seiner Zeit bei Igus Roboter programmiert, welche als Entnahmegeräte für Spritzgussmaschinen zum Einsatz kommen. „Jetzt den Spritzguss so kompakt am Roboter zu sehen, das ist wirklich eine sehr schöne Anwendung“, zeigt sich Gerisch erfreut. Dass es passen würde mit der Zusammenarbeit von Igus und Anybrid, war dann schon bei der Installation der ersten Triflex Kette zu sehen.  Mit der Entscheidung für die Triflex R hat Anybrid den Grundstein für den betriebssicheren mobilen Spritzguss gelegt. Tony Weber: „Das System ist zukunftsfähig.“

Matthias Meyer ist Head of Business Unit ECS triflex & Robotics bei Igus.