Präzision in der vierten Dimension

Fachartikel, „Automation“, Ausgabe: 08-2016

Präzision in der vierten Dimension

Ohne die Anwendung von Plasmatechnologien sind viele industrielle Prozesse nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar. Deshalb ist bei Relyon Plasma ein Konzept entwickelt worden, um die Handhabung der Plasmaerzeuger zu automatisieren – mit Robotern von Kawasaki.

Plasma wird als »der vierte Aggregatszustand« nach den Aggregatzuständen »fest«, »flüssig« und »gasförmig« beschrieben und entsteht, wenn mittels elektrischer Entladung weitere Energie
in gasförmige Materie eingekoppelt wird. Beim Kontakt mit festen Oberflächen verändert Plasma die entsprechenden Oberflächeneigenschaften.

So kann man in industriellen Anwendungen mit Plasma Metalle schneiden und verschweißen, Oberflächen verschiedenster Produkte aus Kunststoff, Metall, Glas, Keramik, Verbundwerkstoffen und sogar textilen Geweben für nachfolgende Prozesse reinigen, für optimierte Benetzbarkeit aktivieren und schließlich beschichten.

Anwendung in der Medizintechnik

In der Medizintechnik lassen sich mit Plasma unter anderem medizinische Instrumente und Wunden desinfizieren und das Aufkommen von krankheitserregenden Keimen reduzieren. Die Relyon Plasma GmbH in Regensburg beschäftigt sich mit der Entwicklung von Plasmatechnologien für solche und ähnliche Anwendungen mitsamt des dafür nötigen hard- und softwareseitigen Umfeldes.

Relyon Plasma geht aus einem 2002 als Tochter der Maschinenfabrik Reinhausen gegründeten Unternehmen hervor, das 2006 durch den Zukauf der JE Plasma Consult technologisch und personell verstärkt wurde. Zur Jahresmitte 2014 kauften Dr. Stefan Nettesheim und Klaus Forster das Unternehmen im Zuge eines Management-Buyout aus dem Konzern heraus. Zu den Kunden von Relyon Plasma zählen Hightechunternehmen aus der Automobilindustrie, Hersteller von Medical Devices, Maschinen-und Anlagenbauer sowie Unternehmen aus den Branchen Elektro- und Elektronik, Pharma, Lebensmittel, Verpackung, Kunststoff, Textil und Bekleidung, Metallbe- und -verarbeitung.

Hochgradig automatisiert

Relyon Plasma Kawasaki RS005L Roboter für Automation in der Plasmatechnologie

Der RS005L kann aufgrund seiner Achsgeometrie die Düse des Plasmaerzeugers auf jedem Punkt des mit Plasma zu behandelnden Werkstücks präzise positionieren und so selbst komplizierte dreidimensionale Konturen abfahren.

Die Anlagen, in denen Plasmasysteme von Relyon verbaut sind, sind in aller Regel hochgradig automatisiert und auf hohe Durchsätze ausgelegt. Dementsprechend mussten die Entwickler bei Relyon die Handhabung der Plasmaerzeuger ebenfalls automatisieren. Nachdem man alle infrage kommenden Handhabungssysteme ausgiebig analysiert hatte, fiel die Wahl auf eine Roboterlösung – eingebettet in eine Zelle.

Dr. Nettesheim erläutert deren Anforderungen: »Beim Arbeiten mit Plasma fallen applikationsbedingt Feinststäube an. Deshalb wollten wir als vollautomatische Handhabungslösung einen Standardroboter, der unter diesen Bedingungen absolut zuverlässig arbeitet, der hoch dynamisch ist und eine hohe Wiederholgenauigkeit besitzt – und das alles zu einem angemessenen Preis. Und wir brauchten einen Systemintegrator als Partner, denn wir sind keine Automatisierer, sondern Entwickler von Plasmatechnologien.«

Fündig wurde man bei der Kawasaki Robotics in Neuss. Kennengelernt hatten sich die Verantwortlichen beider Unternehmen auf einer Fachmesse, wo »wir von der Fachkompetenz der Kawasaki-Vertriebsingenieure sehr beeindruckt waren«, sagt Forster.

Dr. Stefan Nettesheim, Managin Director»Wir wollten einen Standardroboter, der absolut zuverlässig arbeitet, hoch dynamisch ist und eine hohe Wiederholgenauigkeit besitzt.« Dr. Stefan Nettesheim, Geschäftsführer der Relyon Plasma GmbH

Nach eingehender Beratung durch den Kawasaki-Vertriebsleiter Carsten Stumpf entschieden sich die Relyon-Entwickler für den sechsachsigen Roboter RS005L. Dieses Gerät trägt bei einem Eigengewicht von 35 Kilogramm fünf Kilo Nutzlast, hat eine Wiederholgenauigkeit von ± 0,03 Millimetern und eine Reichweite von über 900 Millimetern. Montiert werden kann der Roboter als Standgerät auf einem Arbeitstisch oder hängend an der Wand beziehungsweise an der Decke einer Roboterzelle, so dass der darunter liegende Arbeitsraum für großvolumige Werkstücke frei bleibt. Alle Achsen des Roboters, der standardmäßig von einem E71-Controller gesteuert wird, sind in Schutzart IP65 ausgeführt, die Handgelenkachse sogar in IP67.

Der RS005L erfüllt nach den Worten von Forster »all unsere Anforderungen optimal. An der Dynamik des Roboters gibt es überhaupt nichts auszusetzen, wobei wir ihn in dem einen oder anderen Test schon ziemlich hart gefahren haben. Er kann aufgrund seiner Achsgeometrie die Düse unseres Plasmaerzeugers auf jedem Punkt des mit Plasma zu behandelnden Werkstücks präzise positionieren und so selbst komplizierte dreidimensionale Konturen abfahren.«

Kommunikationstechnisch setzt man bei Relyon Plasma auf den CAN-Bus, weil sich CAN-Protokolle aufgrund der hohen Datensicherheit in verschiedensten Branchen etabliert haben. Relyon stellt aber die Kompatibilität mit anderen Feldbus-Protokollen wie Profibus, Profinet, Devicenet und so weiter sicher.

Klaus Forster, Managing Director»Der Roboter kann die Düse unseres Plasmaerzeugers auf jedem Punkt des mit Plasma zu behandelnden Werkstücks präzise positionieren.« Klaus Forster, Chief Operating Officer der Relyon Plasma GmbH

Für die Softwareprogrammierung des Roboters musste man allerdings die Hilfe von Kawasaki in Anspruch nehmen. Doch inzwischen haben einige Anwendungstechniker Schulungen zur Roboter-Inbetriebnahme, -Programmierung und -Bedienung in Neuss absolviert.

So sind die Regensburger unabhängiger, beispielsweise wenn immer häufiger kundenspezifische Tests gefahren werden müssen.

Einsatz in der Praxis

Bei Relyon Plasma wird die Roboterzelle zur Bemusterung von Plasmaprozessen genutzt, etwa für die Reinigung von Motoren oder von Dichtgeometrien bei Scheinwerfern. Dabei geht es vornehmlich um den Nachweis, dass der jeweilige Prozess so sicher und stabil verläuft, wie es sich der Anwender wünscht.

Welchen Roboter er letztendlich einsetzen möchte, darauf haben die Verantwortlichen bei Relyon keinen direkten Einfluss. Aber sie können Empfehlungen aus eigener Erfahrung aussprechen, und ganz offensichtlich vermag die Roboterlösung mit dem RS005L zu überzeugen: Zwei solcher Zellen sind Mitte 2015 als integraler Teil zweier Fertigungsanlagen an OEMs aus der Automobilbranche verkauft worden – nach Brasilien und nach China.

Ein Markt mit Zukunft

Einen neuen, zukunftsträchtigen Wachstumsmarkt haben die Mitarbeiter um Dr. Nettesheim und Forster auch schon ausgemacht: die Schuhindustrie, konkret die Hersteller von Sport- und Freizeitschuhen.

Hier trifft Maschinenbau »Made in Germany« auf Kunden aus aller Welt, sehr qualitätsbewusst, sehr innovativ hinsichtlich neuer Materialien und immer auf der Suche nach sicheren Fertigungsverfahren für Großserienprodukte, mit Produktionsniederlassungen vornehmlich in Asien. Man darf also gespannt sein.

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