Schleifringe

Andreas Mühlbauer,

Frei rotierende Hohlkörperwerkzeuge

Der Antrieb im Roto-Tower 800 ermöglicht einen deutlich flexibleren, effizienteren und wirtschaftlicheren Rotationsgussprozess als bisher etablierte Verfahren.

Die Verbindung zwischen dem Roto-Tower 800 und der drehbaren Platte, die das Antriebsrad ansteuert, wird über einen SVTS-C-Schleifring von Servotecnica hergestellt. © Roto Evolution

Zur störungsfreien Stromversorgung und Signalübertragung des Systems leisten SVTS C-Schleifringe von Servotecnica einen wichtigen Beitrag.

Das 2015 gegründete Unternehmen Roto Evolution aus Crimmitschau hat es sich zur Aufgabe gemacht, das Rotationsformen von Kunststoffhohlkörpern für die Industrie 4.0 weiterzuentwickeln. Beim Rotationsguss wird ein pulverförmiges thermoplastisches Material in einem biaxial rotierenden Hohlkörperwerkzeug aufgeschmolzen. Die Kunststoffschmelze lagert sich dann im Prozess Schicht für Schicht an den Innenflächen der Form ab und bildet die Außenkontur des Artikels ab. So entstehen gleichmäßige Wandstärken. Am Ende des Prozesses wird das zuvor erhitzte Hohlkörperwerkzeug wieder abgekühlt, bevor es für das Ausformen entnommen werden kann. Bisherige Rotationsanlagen sind sehr groß im Verhältnis zum herzustellenden Artikel und haben einen enormen Energieverbrauch. Außerdem lassen sie sich nur unter unverhältnismäßig hohem Aufwand automatisieren und sind nicht erweiterbar.

Das Team von Roto Evolution verfolgt auf Basis seiner langjährigen Branchenerfahrung eine Idee für ein komplett neues Antriebskonzept des Rotationsprozesses. Der Werkzeugträger des patentierten Verfahrens ist dabei nicht fest mit der Rotationsmaschine verbunden, sondern wird in einem kugelförmigen Käfig fixiert, der in der Maschine lose auf einem Antriebsrad aufliegt und frei rollen kann. Durch die Rotation des Antriebsrades dreht sich auch die Kugel. Mittels verschiedener Drehzahlen, zeitlicher Ansteuerung und unterschiedlicher Stellungen des Antriebsrades zur Kugel wird ein ständiger Wechsel der Rotationsachse erreicht.

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Energie und Signale für den Roto-Tower

Die Verbindung zwischen der Maschine und der drehbaren Platte, die das Antriebsrad ansteuert, wird über einen Schleifring hergestellt. Roto Evolution entschied sich nach einigen Versuchen für den Schleifring SVTS C 06-S-A-06/00-0500/0500 von Servotecnica. Der gekapselte Schleifring mit Schutzart IP51 integriert sechs Stromkreise für maximal 600 VAC und bis zu 20 A je Kreis. Der Schleifring gewährleistet die Spannungsversorgung für das Antriebsrad und übernimmt die Datenübertragung der nötigen Steuerungssignale. Für die Signalübertragung werden zwei Stromkreise des Schleifrings verwendet, was wegen der guten Übertragungsqualität der vergoldeten Schleifringkontakte problemlos möglich ist. Die restlichen Kontakte dienen der parallelen Spannungsversorgung. So kann eine höhere Leistung übertragen werden als mit einem Stromkreis.

Ein großer Pluspunkt ist die geringe erforderliche Grundfläche. Im oberen Teil des Toto-Tower 800 liegt die Heizzone, im unteren Teil der Einlege- und Kühlbereich. © Roto Evolution

Bei dem neuen Rotationsprozess im sogenannten Roto-Tower 800 ergibt sich gegenüber bestehenden Verfahren eine Zeitersparnis bei gleicher Ausbringung sowie eine deutliche Energieersparnis. Aufgrund digitaler Steuerungselemente kann das Prozesscontrolling transparent nachvollzogen und reguliert werden. Durch den modularen Aufbau des Systems kann die Produktion bei Bedarf organisch mitwachsen. Der Werkzeugwechsel erfolgt dank des innovativen Antriebskonzepts ohne Zeitverlust. Zykluszeiten und die notwendige Werkzeugzahl werden ebenso minimiert wie Platz-, Zeit-, Energie- und Personalkosten.

Der Roto-Tower kann mit einer Elektroheizung oder einem Gasgebläsebrenner ausgerüstet werden. Der ROTO Tower mit Abmessungen von 1.200 mm x 1.750 mm x 2.750 mm (BxTxH) kann Werkzeuge mit maximal 656 mm Durchmesser, 794 mm Höhe und rund 35 kg Gewicht aufnehmen. Der Kugeldurchmesser des Roto-Tower 800 beträgt 800 mm. Die nächste Generation soll 1.100 mm erreichen.

Hohe Ausbringung auf kleiner Fläche

Ein großer Pluspunkt ist die geringe erforderliche Grundfläche. Im oberen Teil des Roto-Tower liegt die hocheffiziente Heizzone, im unteren Teil der Einlege- und Kühlbereich. Die Antriebseinheit mit dem Schleifring ist darunter im Hubgestell des Towers untergebracht, dass die Kugel mit dem Werkzeug je nach Prozessphase in die Heiz- oder Kühlzone fährt. Der gesamte Rotationsprozess ist als Baukastensystem aufgebaut. Neben kombinierten und einzelnen Heiz- und Kühlstationen können auch Stationen für das manuelle und semiautomatische Öffnen, zum Werkzeugwechsel und eine Ein- und Ausschleusstation für den Werkzeugwechsel integriert werden. Werden mehrere Roto-Tower in Kreisaufstellung im Verbund zur Roto-City verkettet und mit einem zentralen Sechsachsroboter Be- und Entladen, kann die dreifache Produktausbringung pro Werkzeug erreicht werden und im Vergleich zu herkömmlichen Rotationsverfahren eine Energieersparnis von 30 bis 50 % erzielt werden. Der Gesamtaufwand zur Herstellung von Produkten im Kugelrotationsverfahren ist nach aktuellem Erkenntnisstand mindestens 30 Prozent geringer als bei den bisher bekannten Verfahren. Das Baukastensystem und der ausgeklügelte Transport einzelner Werkzeugträger ermöglicht in Verbindung mit der durchgehenden Überwachung jedes einzelnen Werkzeuges eine dynamische und hocheffiziente Produktion.

Vielseitige Einsatzmöglichkeiten

Die Hohlwellen-Schleifringe der SVTS-C-Serie mit Hohlwellen von 3 bis 100 mm Durchmesser haben sich mit ihren 13 Modellreihen und zahlreichen Baugrößen bewährt. © Servotecnica

Die erfolgreichen Hohlwellen-Schleifringe der SVTS C Serie mit Hohlwellen von 3 bis 100 mm Durchmesser haben sich mit ihren 13 Modellreihen und zahlreichen Baugrößen für Anwendungen bereits in Converting-, Verpackungs-, CNC- und Pharma-Maschinen bewährt. Die kosteneffizienten Schleifringe des Raunheimer Unternehmens Servotecnica können neben elektrischen Signalen und Leistung auch mit Feldbussen und fluidischen Leitungen ausgestattet werden. Ausgelegt sind die robusten Schleifringe im Hartplastikgehäuse aus ABS und mit Kugellagern aus Stahl auf eine Lebensdauer von 108 Umdrehungen. Eingesetzt werden können sie bei Temperaturen von -20 bis 80 °C. Neben der Fertigung von Serienkomponenten setzt Servotecnica seine Fertigungskompetenz auch für die Herstellung kundenspezifischer Komplettpakete ein.

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