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zung der Zykluszeit der Steuerung. Hohe Produktqualität ist nur mit Abtastzeiten < 1 ms erreichbar. Beim Spritzgieß-Verfah-ren ist die schnelle Umschaltung von der geschwindigkeitsgeregelten Einspritz-phase in die druckgeregelte Nachdruck-phase extrem wichtig. Systemreaktions-zeiten von weniger als 500 μs sind zwin-gend erforderlich. Da die großen Kräfte beim Einspritzen und Nachdruck hohe Anforderungen an die Gleichlaufeigen-schaften der Antriebe stellen, ersetzen servoelektrisch angetriebene Achsen zu-

Thomas Kosthorst, Branchenma-nagement Kunststoffmaschinen, Beckhoff Automation, Verl.

Kunststoffmaschinen stellen höchste Anforderungen an die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Steuerun-gen. Diese erfüllt die XFC (eXtreme Fast Control Technology) und bietet außerdem hohe Genauigkeit so-wie Reproduzierbarkeit. Außerdem ermöglicht sie die Ablösung der hydraulischen Antriebstechnik durch servoelektrische Antriebe, was die Qualität der Kunststoffteile weiter steigert.

nehmend hydraulische Antriebskonzep-te. Dazu sind jedoch Steuerungskonzepte mit extrem leistungsfähigen Feldbussen erforderlich. Außerdem fordern die End-anwender eine detaillierte Qualitäts-dokumentation. Schließlich benötigen Hightech-Kunststoffteile wie Streuschei-ben oder Gehäuseschalen für Mobil-Tele-

Hochleistungssteuerung für die Kunststoffindustrie

Reaktionsschnell und deterministisch

� Wenn die europäischen Kunststoff-maschinenbauer im Wettbewerb mit den asiatischen Anbietern ihre technologi-sche Spitzenstellung halten wollen, müs-sen ihre Maschinen mit modernsten Technologien ausgestattet sein. Gefragt sind neben der Steigerung von Produkti-vität und Reproduzierbarkeit auch die Energieersparnis und die Senkung des Rohmaterialeinsatzes. Eine hohe Produktivität erfordert laufen-de Verbesserungen des mechatronischen Systems. Ein Ansatz ist dabei die Verkür-

STEUERUNGSTECHNIK

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XFC basiert auf einer optimierten Steuerungs- und Kommunikations-architektur, die aus einem modernen Industrie-PC, schnellen I/O-Klemmen mit erweiterten Echtzeit-Eigenschaf-ten, dem Highspeed-Ethernet-System Ethercat und der Automatisierungs-software Twincat besteht.

Halle 9, Stand 9108

� leistungsfähige Industrie-PCs und � die Automatisierungssoftware Twin-

cat, die alle Systembestandteile mit-einander verbindet.

Im Vergleich zu aktuellen PC-basierten Steuerungen verbessert sich damit die Performance um eine 10er-Potenz. Die Steuerungstechnologie erlaubt Zyklus-zeiten von 100 μs, ohne auf die zentrale Steuerung und ihre leistungsfähigen Al-gorithmen verzichten zu müssen.

Auf den Punkt genau Die schnellen und extrem deterministi-schen Reaktionszeiten sind über ver-schiedene Techniken wie Oversampling, Time-Stamp oder mit Fast-I/O-Klemmen realisierbar. XFC verringert den Rohmate-rialverbrauch und erhöht die Teilequali-tät. Durch die Erfassung schnell veränder-licher Eingangssignale wie Spritzdruck oder Schließkraft mit hoher zeitlicher Auflösung lässt sich die Produktqualität und die Prozesssicherheit steigern. Mit-hilfe der Oversampling-Technologie lässt sich der Nachdruckumschaltpunkt mit höchster Genauigkeit bestimmen. Die Re-produzierbarkeit der Reaktionszeit wird erhöht, da der Betrag und der Verlauf der Stellgröße in Abhängigkeit vom Zeit-punkt des Umschaltereignisses errechnet werden kann. Der Einspritzprozess lässt sich so exakter einstellen, was die Teilege-wichtsschwankungen minimiert. Hochauflösende analoge Eingänge er-zeugen häufig Prozessabbilder mit über-

fone einen stabilen reproduzierbaren Ver-arbeitungsprozess.

Alle Komponenten sind enthalten Die Steuerungstechnologie XFC ermög-licht schnelle und deterministische Reak-tionen. Sie umfasst dabei alle an der Steuerung beteiligten Hard- und Soft-warekomponenten: � optimierte E/A-Baugruppen, die mit

hoher Genauigkeit Signale aufneh-men bzw. Aktionen auslösen können,

� Ethercat als schnelles Kommunikati-onsnetzwerk,

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Eingesetzte Tech-nologien: Mithilfe von Oversampling lässt sich der Signal-verlauf exakt be-stimmen. In Kom-bination mit der Time-Stamp-Funk - tion erhöht sich die Reproduzierbarkeit gegenüber klassi-schen Lösungen.

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KOMPAKT

Mithilfe der XFC-Technologie lassen sich bei Kunststoffmaschinen die Systemre-aktionszeiten verkürzen. Zeitkritische Prozessgrößen wie Drücke und Positio-nen werden in einem Zeitraster von nur 10 μs erfasst. In Kombination mit elektri-scher Antriebstechnik steigert XFC die Präzision der Maschinen und reduziert so die Teilegewichtsschwankungen. Messtechnische Aufgaben oder die Do-kumentation der Teilequalität lassen sich einfach in die Maschinensteuerung integrieren, ohne dass man zusätzliche, teure Spezialgeräte benötigt. Die XFC-Technologie ist kompatibel zu bestehen-den Automatisierungslösungen, sodass Standardaufgaben und schnelle Regel- und Messtechnikaufgaben kombiniert mit derselben Hard- und Softwareplatt-form genutzt werden können.

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lagerten Störsignalen. In konventioneller Technik bereiten analoge Tiefpassfilter das Eingangssignal auf. Mit der hohen Abtastrate der Oversampling-Technolo-gie sind digitale Filteralgorithmen mög-lich. Zeitkritische Sensorsignale mit ho-hen Frequenzanteilen werden mit hoher Reproduzierbarkeit verarbeitet. Damit lässt sich zum Beispiel die Empfindlich-keit der Werkzeugsicherung optimieren.

XFC erschließt die Mikro-Welt Die offene, PC-basierte Automatisie-rungstechnik von Beckhoff hat ihre Leis-tungsfähigkeit schon mehrfach unter Be-weis gestellt. Beispielsweise wurde mit ihr an der TU München eine Mikro-Spritz-gießanlage zur Herstellung hochpräziser mikrostrukturierter Bauteile für den Ein-

satz in der Medizintechnik realisiert. Die Herstellung dieser Formteile stellt hohe Anforderungen an die Präzision, die Re-produzierbarkeit und die Flexibilität der Maschine. Diese Eigenschaften werden durch ein innovatives Maschinenkon-zept, den Einsatz servoelektrischer An-triebstechnik und die XFC-Technologie erreicht. Als Ergebnis konnten ein hoher Abfallanteil des teuren Kunststoff-Roh-materials sowie Materialschäden auf-grund langer Verweilzeiten in der Plastifi-ziereinheit vermieden werden. Die Mikro-Spritzgießanlage bewegt und formt geringe Massen mit hoher Präzisi-on und Wiederholgenauigkeit. Die XFC-Technologie ermöglicht dabei determi-nistische Systemreaktionen in weniger als 200 μs. Die deterministische Maschi-

nensteuerung sowie eine hochgenaue Messwerterfassung werden durch die XFC-Klemmen von Beckhoff unterstützt. Die eingesetzten Technologien wie Time-Stamp und Oversampling er-möglichen die Erfas-sung von sich schnell verändernden Ein-gangssignalen, wie der Einspritzkraft und der Kraft zum Formschutz des

Werkzeugs beim Schließen. Weiterhin er-lauben sie eine präzise Berechnung von Steggrößen mit hoher Auflösung. Da-durch lässt sich der Einspritzprozess exak-ter einstellen, was die Produktqualität und Prozesssicherheit verbessert. Eine externe Messdatenerfassung ist nicht notwendig, da die Daten aufgrund des Oversamplings bereits in ausreichend hoher Aufzeichnungsdichte vorliegen und direkt eingelesen sowie ausgewertet werden können. Der Einsatz aller XFC-Komponenten führt zu einer so hohen Re-produzierbarkeit, dass man eine zusätzli-che Dosierachse, wie bei anderen Mikro-Spritzgießsystemen üblich, verzichten kann. Beckhoff Servoverstärker und Servomo-toren ergänzen die XFC-Komponenten zu einer vollständig softwarebasierten Ma-schinensteuerung für hohe Anforderun-gen. Beispielsweise erreicht man durch die qualitätsbestimmende Nachdruck-regelung im Spritzgießprozess neue Ge-nauigkeitsklassen. Hierzu bietet der Stromregler im Servoverstärker Abtast-zeiten von weniger als 35 μs. Durch Over-sampling lässt sich der Nachdruck-umschaltpunkt präzise bestimmen.

Die I/O-Response-Time enthält alle in der Hardware (IPC, Ethercat, I/O-System) auftretenden Bearbeitungszeiten – vom physikalischen Eingangsereignis bis zur Reaktion am Ausgang.

Das Produktspektrum der Ethercat-Klemmen umfasst neben einer Vielzahl verschiedener I/O-Klemmen auch spezielle Varianten für die XFC-Technologien Time-Stamp, Oversampling und Fast-I/O.

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www.iee-online.de � Link zur XFC-Technologie � XFC-Broschüre � Link zu den Steuerungen für Kunststoffmaschinen � Steuerungs-Broschüre

Bei der Mikro-Spritzgießanla-ge zur Herstellung mikro-strukturierter Bauteile für die Medizintechnik erhöht die Kombination aus XFC-Tech-nologie und neuen Antriebs-techniken die Reproduzierbar-keit des Einspritzprozesses.