Schnelligkeit ist keine Hexerei

Der Autor: Bernd Leutner Global Account Management, Bosch Rexroth

Auf die richtige Mischung kommt es an. Das gilt vor allem bei den aus verschiedenen Rohstoffen zusammengesetzten Rezepturen, wie sie beispielsweise in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie an der Tagesordnung sind. Die Hochdurchsatztechnologie automatisiert hier, was in den Laboren der Welt über Jahrzehnte von Hand gemacht wurde und verkürzt damit die Entwicklungszeiten neuer Produkte. Rohstoffe werden dosiert, miteinander vermischt, diese Mischung auf spezifische Eigenschaften hin getestet und schließlich appliziert, um in der Anwendung ebenfalls direkt im Labor getestet zu werden.

Klingt einfach, ist es aber nicht. Jedenfalls nicht, wenn der Anwender außer Zeit auch Kosten für Rohstoffe einsparen und ein möglichst der Realität entsprechendes Laborergebnis erhalten möchte. An diesem Punkt setzen die Hochdurchsatzanlagen von Bosch Lab Systems an. Dr. Roland Emmerich, Leiter Marketing und Vertrieb bei Bosch Lab Systems, beschreibt die Vorteile der Anlage: „Während ein Laborant rund zehn Formulierungen am Tag durchführen kann, ermöglicht die Automatisierung rund 100 Proben im gleichen Zeitraum. Zudem ist der Verbrauch an Rohstoffen im Vergleich zur manuellen Arbeit deutlich reduziert.“

Wie das möglich ist, zeigt das Beispiel einer Anlage zur Entwicklung von Farben und Lacken. Pneumatik, Linearachsen, Transfersysteme, elektrische Antriebe und Steuerungen von Rexroth tragen im Hintergrund einer solchen Labor-Anlage dazu bei, dass in immer kürzer werdenden Zeiträumen zunehmend mehr Produkte auf den Markt kommen können. Sie bewegen Module, steuern Dosierungen und sind schließlich auch die antreibende Kraft für die abschließenden Tests einer Rezeptur in einer Labor-Anwendung.

Als Rohstoffe für Lacke und Farben dienen Flüssigkeiten mit hoher bis geringer Viskosität sowie Pigmente, Lösemittel und Zusatzstoffe. Sie alle müssen vorgehalten und in bestimmten Rezepturen, in der Laborsprache „Formulierungen“ genannt, gemischt werden. Hierfür bietet Bosch Lab Systems seine patentierte BLS-Spritze: ein spezieller Zylinder, der Medien in unterschiedlicher Konsistenz aufnehmen kann. Durch Einsetzen eines Kolbens wird daraus eine hochgenaue Dosiervorrichtung. Mehr noch: Die gleiche Spritze wird für die Herstellung der Formulierung genutzt und kann zum Applizieren der Rezeptur auf eine Oberfläche eingesetzt werden, um abschließend die Eigenschaften einer Formulierung realitätsnah in der Anwendung zu testen.

Die Hochdurchsatzanlagen von Bosch Lab Systems sind modular aufgebaut, können beliebig viele Rohstoffe vorhalten und haben durchschnittlich 10 bis 20 unterschiedliche Module. Dr. Roland Emmerich erläutert: „Die Anlagen sind rund um die Uhr im Einsatz und müssen etwa 80 % der Versuche beim Anwender abdecken. Daraus ergeben sich unsere Ansprüche an die eingesetzten Komponenten wie hohe Qualität und Zuverlässigkeit sowie Langlebigkeit. Aus diesen Gründen haben wir uns für Rexroth-Komponenten entschieden.“

Damit Mischen, Dosieren, Testen und Applizieren reibungslos funktionieren, setzt Bosch Lab Systems seitens der Pneumatik das Ventilträgersystem HF04 ein, das funktionssicher direkt an den Profibus der Anlage angeschlossen ist. Neben den Ventilen haben auch die Rexroth-Zylinder kein Problem mit dem geringen Bauraum. Die kolbenstangenlosen Zylinder der Baureihen RTC halten starke Belastungen aus und bieten hohe Querkraftstabilität. Da Schlitten und Kolbenstange beim RTC eine Einheit bilden, kann der Schlitten selbst auf kleineren Zylindern große Lasten bewegen. Mit dem kompakten CCI kommen zudem vielseitige und dennoch standardisierte ISO-Zylinder zum Einsatz.

Für die erforderliche Luft sorgt das Rexroth Air Service System AS5 mit integrierten anwendungsspezifischen Funktionen sowie den Standardfunktionen Filtern, Regeln und Ölen.

Olaf Eistert, Projektleiter Entwicklung und Konstruktion bei Bosch Lab Systems, betont, dass das gesamte System bewusst aus einer Hand kommt: „Wir möchten einen Lieferanten und einen festen Ansprechpartner für die Antriebs- und Steuerungstechnik. Das Konzept ist deshalb durchgängig bis hin zur Materialhandhabung.“ Die Handlingaufgaben übernehmen vor allem pneumatische Minischlitten der Baureihe MSC, deren hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit zum Prüfen und zur Handhabung der Teile erforderlich ist. Darüber hinaus sparen die Minischlitten Zeit und Kosten bei der Installation: Über die standardisierte mechanische Schnittstelle Easy-2-Combine können elektromechanische und pneumatische Achsen einfach miteinander verbunden werden.

Als Linearachsen kommen Compact-Module CKK zum Einsatz. Die kompletten und einbaufertigen Elemente bestehen aus Antrieb mit Kugelgewindetrieb und Steuerung und überzeugen durch ihre hohe Dynamik und Steifigkeit. Der Materialfluss erfolgt anhand des Rexroth-Transfersystems TS 1, das ebenso wie die Minischlitten auf exaktes Positionieren ausgerichtet ist. Bosch Lab Systems setzt das TS 1 mit Positioniereinheiten und Vereinzelern zur Transportsteuerung sowie Antriebsstationen ein.

Bosch baut die Anlagen gemäß kundenspezifischer Anforderungen auf. Bei einer kürzlich ausgelieferten Anlage bestand die größte Herausforderung in der Umsetzung einer kreisförmigen Bewegung. Hier müssen auf einem halben Quadratmeter Teile bereitgestellt, vereinzelt, angesaugt, im Kreis verfahren und zum Weitertransport in eine Öffnung gesetzt werden. Olaf Eistert erläutert die Lösung mit Rexroth-Antriebstechnik: „Das X/Y-Achssystem bauen wir aus Umrichtern Indradrive C auf und kombinieren diese mit den Synchron-Servomotoren der Baureihe Indradyn S.“ Die Umrichter verfügen über die integrierte Sicherheitstechnik (Safety Technology I/O), wobei Anlaufsperre und reduzierte Geschwindigkeit als Sicherheitsfunktionen genutzt werden. Eistert ergänzt: „Zusammen mit dem Bedienterminal und der genau auf die Anwendung zugeschnittenen, hochpräzisen Steuerung von Rexroth haben wir somit auch diese Achskombination im Griff.“

Die Hochdurchsatzanlagen von Bosch Lab Systems können sowohl im Bereich Forschung & Entwicklung als auch in der Qualitätskontrolle eingesetzt werden. Deshalb ist jede einzelne Komponente für das Funktionieren der Anlage existenziell. „Unser Haupt-Argument ist das realitätsnahe Applizieren der Formulierungen. Da muss das ganze System stimmig sein“, betont Dr. Roland Emmerich und nennt zwei Beispiele: „Zum einen können wir mit unserer Anlage einen Automobillack direkt in der später gewünschten Stärke auf ein Blech aufspritzen und dann direkt die Applikationseigenschaften testen. Zum anderen lassen sich selbst Kunstharze mit hoher Viskosität ohne Verdünnung dosieren.“ Das erspart dem Anwender das mühselige Hochrechnen der Laborergebnisse auf die tatsächliche Situation und natürlich auch Kosten für einen mit anderen Verfahren erhöhten Verbrauch an Rohstoffen.

Online-Info: www.cav.de/0111453