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Das neu berechnete und konstruierte Hydrauliksystem einschließlich des Hydraulikblocks, der Ventile und Rohrleitungen sowie des Öltanks minimiert die hydraulische Verzögerung und maximiert die Ansprechempfindlichkeit. Bild: Woojin

Der südkoreanische Spritzgießmaschinenhersteller Woojin Plaimm hat sich mit B&R zusammengeschlossen, um Produktneuheiten in der Kunststoffspritzgieß-Technologie zu entwickeln. Die aus dieser Zusammenarbeit hervorgegangenen Innovationen könnten die künftige Strategie von Woojin revolutionieren.

Entwicklungsleiter Jung

„Der Schlüssel zum Spritzgießen ist, sowohl Geschwindigkeit als auch Präzision zu maximieren, ohne das eine für das andere zu opfern”, so Woojin-Entwicklungsleiter Jung. Bild: Woojin

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B&R-Servopumpenlösung zur Optimierung der Spritzgießmaschine von Woojin. Bild: Woojin

Mit einer raffinierten mechatronischen Lösung, die Servotechnik und Hydraulik integriert, hat Woojin Plaimm den Energieverbrauch seiner Spritzgießmaschinen um rund 50 Prozent reduziert. Als Zeichen eines tiefen Verständnisses von Kundenbedürfnissen bieten diese Hybridmaschinen bei hohen Geschwindigkeiten eine exakte Positionsgenauigkeit – nahezu ohne mechanische Erschütterungen bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen.

„Bei der Betrachtung unserer Performance-Ziele stellten wir fest, dass wir bei einer schlichten Erhöhung der Servopumpen-Drehzahl schnell an die Grenzen unserer Möglichkeiten stoßen würden“, erklärt Injun Jung, F&E-Direktor bei Woojin. „Deshalb beschlossen wir, die Hydraulik ebenso wie die bisher verwendeten Kniehebel-Schließsysteme von Grund auf neu zu entwickeln.“

Woojins Ziele für das Redesign waren klar: Die neuen Maschinen müssen hohe Beschleunigungswerte und eine präzise Positionierung bieten. Zu den wesentlichen Leistungskenngrößen zählten hier die benötigte Zeit bis die Hydraulikleistung bereitgestellt wird und die erforderliche Menge des Hydrauliköls, das durch die reale Achse geleitet wird.

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Optimierte Hydraulikblöcke und Ventile sorgen für Energieeinsparung und beste Leistungsdaten. Bild: Woojin

Darüber hinaus würde für den Projekterfolg auch die Integration von Powerlink eine Schlüsselrolle spielen. Seit der Gründung von Woojin im Jahr 1985 hat die in Incheon ansässige Firma 28 Jahre mit der Perfektionierung der Produktion von Kunststoffspritzgießmaschinen verbracht. Das Unternehmen hat einen Anteil von 40 Prozent am koreanischen Markt. Durch die Kombination von Expertenwissen mit Powerlink ist Woojin in der Lage, seinen Kunden hochentwickelte Spritzgießmaschinen zu bieten.

Mehr Geschwindigkeit und Präzision

Mit Unterstützung von B&R gestaltete Woojin seine Maschinen neu, um Einspritzzeiten von nur 60 Millisekunden und Formschließzeiten von 90 Millisekunden zu erreichen. Durch die Neuberechnung und Neukonstruktion des Hydrauliksystems einschließlich des Hydraulikblocks, der Ventile und Rohrleitungen sowie des Öltanks, konnten sie die erforderliche Zeit des Ölflusses von der Hydraulikpumpe durch das Rohr zum Ventil minimieren.

Um die Beschleunigung der Schließachse zu verbessern, entwickelte Woojin ein neues Kniehebel-Schließsystem, das an jeder beliebigen Position seine volle Leistung zeigt. Diese neue Kniehebelmechanik hat einen längeren Bewegungshub als das Vorgängersystem. Damit konnte die Ablenkung der Formplatte reduziert und zugleich die während der Beschleunigungs- und Bremsvorgänge auftretenden mechanischen Schwingungen minimiert werden. Dieses neu entwickelte Kniehebel-Schließsystem garantiert unabhängig von Kundeneinstellungen hohe Präzision und konstante Beschleunigung.

Das Optimieren der Hydraulik-Komponenten konnte die hydraulischen Verzögerungen minimieren und zugleich die Ansprech­empfindlichkeit steigern. Durch die Wahl eines geeigneten Motors und die Verwendung von geeigneten Steuerungsalgorithmen für die jeweiligen Maschinenfunktionen (Schließbewegung oder Einspritzung) konnte die Haltezeit fast auf das Fünffache des Wertes im Vergleich zu früheren Maschinen verlängert werden.

Genau und effizient mit Powerlink

Mr. Lim

„Wir glauben, dass die neue Lösung mit integriertem Powerlink die Beschränkungen des Vorgängersystems beseitigen und die Einsatzmöglichkeiten deutlich erhöhen wird“, sagt Herr Lim, Verkaufsleiter bei Woojin. Bild: Woojin

Um die Wiederholgenauigkeit zu erhöhen und den Energieverbrauch zu senken, ersetzte Woojin seine Hydraulik- und Servopumpen durch neue, die über Powerlink mit der Steuereinheit verbunden sind. „In unseren elektrischen Maschinen hatten wir bereits B&R-Produkte im Einsatz. Das integrierte Automatisierungssystem dieses Herstellers einzusetzen, gestaltete sich daher sehr einfach“, sagt Herr Lim, Verkaufsleiter von Woojin, für den das Vertrauen seines Unternehmens in B&R ein entscheidender Faktor ist. „Wir sind davon überzeugt, dass die neue Lösung mit integriertem Powerlink die Beschränkungen des Vorgängersystems beseitigen und die Einsatzmöglichkeiten deutlich erhöhen wird.“

Die in der Vergangenheit verwendeten Servopumpen waren über einen analogen Ausgang mit der Steuerung verbunden, was die Möglichkeit deutlich einschränkte, Informationen aus den Servo-Antrieben zu erlangen. Powerlink hingegen erlaubt das Senden und Empfangen riesiger Datenmengen mit einer Netzwerk-Zykluszeit von 400 Mikrosekunden. Diese erhöhte Leistungsfähigkeit bewirkt eine umfassendere Steuerung und stellt mit Echtzeit-Überwachung von Drehmoment, Drehzahl, Strom und Temperatur der Motoren kürzere Reaktionszeiten sicher.

Mit der Bibliothek Automation Studio Hybrid Drive Control (ASHDC) zur Regelung von servo-elektrischen Pumpenantrieben, können optimierte Medienfluss- und Druckeinstellungen über Powerlink zum Antrieb übertragen werden. Die Verfügbarkeit dieser Funktionen für die Servopumpen von B&R in Form einer Bibliothek erleichtert die Verwendung dieser Technologie. Woojin konnte auf diese Weise, die Steuerungsgenauigkeit von Einspritz- und Schließsystem auf 100 µm reduzieren und zugleich die Formöffnungszeit auf 0,84 Sekunden verkürzen.

Energieeinsparung in Echtzeit

Neben Geschwindigkeit und Präzision gehört auch die Energieeffizienz zu den obersten Prioritäten für Spritzgießmaschinen. „Wir haben sämtliche Hydraulikkomponenten überarbeitet oder neu entwickelt, um die während der Schließbewegung erzeugte Energie zu minimieren und eine Bibliothek zum Erhalt des optimalen Drucks entwickelt“, erklärt Jung. „Das führte zu einer enormen Leistungssteigerung der Maschine.“ Woojin nutzt auch das erst kürzlich neu auf den Markt gebrachte Energiemessmodul X20AP für die Überwachung und Analyse des Energieverbrauchs in Echtzeit.

Die neu entwickelte Maschine wurde auf der Messe Koplas in Korea präsentiert. „Den Besuchern fiel sofort die schnelle und genaue Positionssteuerung auf und dass es keine mechanischen Vibrationen während des Bremsvorganges gab“, sagt Jung.

Im Gegensatz zur bisherigen Ansicht, dass der Schlüssel zu einer guten Maschine hochspezialisiertes Know-how ist, weist Jung darauf hin, dass heutige Spitzentechnologie mechanische, steuerungstechnische und hydraulische Systeme zu einer vollintegrierten Lösung bieten muss, um wettbewerbsfähig zu sein. „Wir haben einmal mehr gesehen, dass ein mechatronischer Entwicklungsansatz der Schlüssel zu diesen Verbesserungen war und wie gemeinsam mit B&R als Partner dieser Ansatz zu einem Erfolg wurde.“ bf

Autor: Semin Park, B&R Korea