Plasma

Präzision in der
‚vierten Dimension‘

Ohne die Anwendung von Plasmatechnologien sind viele industrielle Prozesse nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar. Sie dürfen in Produktionsanlagen nur nicht zum Flaschenhals der gesamten Prozesskette werden. Deshalb ist bei Relyon Plasma ein Konzept entwickelt worden, um die Handhabung der Plasmaerzeuger zu automatisieren — mit Robotern von Kawasaki Robotics.

Plasma gilt neben fest, flüssig und gasförmig als ‚der vierte Aggregatszustand‘. In industriellen Anwendungen kann man damit Metalle schneiden und verschweißen, Oberflächen verschiedenster Produkte aus Kunststoff, Metall, Glas, Keramik, Verbundwerkstoffen und sogar textilen Geweben reinigen, aktivieren und beschichten. In der Medizintechnik lassen sich mit Plasma medizinische Instrumente und Wunden desinfizieren. Die Entwicklung von Plasmatechnologien für solche und ähnliche Anwendungen mitsamt des dafür nötigen hard- und softwareseitigen Equipments sind ‚das täglich Brot‘ der Relyon Plasma GmbH in Regensburg. 2002 gegründet als Tochter der Maschinenfabrik Reinhausen (MR), 2006 durch den Zukauf der JE Plasma Consult technologisch und in Sachen Arbeitskraft aufgerüstet, kauften 2014 Dr. Stefan Nettesheim und Dipl.-Ing. Klaus Forster das Unternehmen im Zuge eines Management Buy-Out aus dem Konzern heraus.

„Mehr Kunden, mehr Märkte“

„MR wollte sich auf das Kerngeschäft konzentrieren, die Regelung von Leistungstransformatoren zur Energieversorgung. Wir dagegen wollten weiterhin im Bereich atmosphärische Plasma-Technologien erfolgreich sein und uns mit unserem Know-how noch mehr Kunden und Märkte als bislang erschließen“, sagt Dr. Nettesheim. Zu den Kunden von Relyon Plasma zählen unter anderem OEMs aus der Automotive-Industrie, 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.

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Überschaubarer Wettbewerb

Das Wettbewerbsumfeld bezeichnet Stefan Nettesheim als „überschaubar“, aber Relyon Plasma müsse als relativ junges Unternehmen seinen Kunden Lösungen und Leistungen bieten, die über die Simulation und Bemusterung von Plasmaprozessen weit hinausgingen und in jeder Hinsicht vorteilhafter seien als die der etablierten Mitbewerber. Und er hat auch ein Beispiel parat: „In die Verpackungsanlagen eines unserer Kunden sind vierundzwanzig Plasmakanäle integriert. Das bedeutet auf den ersten Blick zwar höhere Investitionskosten, aber die Plasmaprozesse beschleunigen den gesamten Verpackungsprozess derart, dass die Produktionskosten im Endeffekt sehr niedrig sind. Und das wiederum spricht für einen schnellen Return-On-Investment.“ Die (Sonder-)Anlagen, in denen Plasmasysteme von Relyon verbaut sind, sind in aller Regel auf Durchsatz getrimmt und hochgradig automatisiert. Die Betreiber solcher Anlagen erwarten, dass innerhalb der gesamten Prozesskette Plasmaanwendungen nicht zum Flaschenhals werden. Sie sollen reibungslos funktionieren, und zwar taktsynchron mit den anderen ablaufenden Prozessen. Also mussten die Entwickler bei Relyon die Handhabung der Plasmaerzeuger automatisieren. Nachdem man alle infrage kommenden Handhabungssysteme ausgiebig analysiert hatte, fiel die Wahl auf eine Roboterlösung – eingebettet in eine Zelle. Deren Anforderungen erläutert Dr. Nettesheim: „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 GmbH in Neuss. Kennengelernt hatten sich die Verantwortlichen beider Unternehmen auf einer Fachmesse, wo „wir von der Fachkompetenz der Kawasaki-Vertriebsingenieure sehr beeindruckt waren“, sagt Klaus Forster. 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 Kilo fünf Kilo Nutzlast, hat eine Wiederholgenauigkeit von ± 0,03 Millimeter und eine Reichweite von über 900 Millimeter. 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 frei bleibt für (großvolumige) Werkstücke. Alle Achsen des Roboters, der standardmäßig von einem E71 Controller gesteuert wird, sind in Schutzart IP65 ausgeführt, die Handgelenkachse sogar in IP67.

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Alle Anforderungen erfüllt

Der RS005L erfüllt nach den Worten von Forster „alle 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. Für die Software-Programmierung 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 kundenspezifische Tests gefahren werden müssen. Und die mehren sich. Bei Relyon Plasma wird eine solche Roboterzelle zur Bemusterung von Plasmaprozessen genutzt, etwa für die Reinigung von Motoren oder von Dichtgeometrien bei Scheinwerfern. Aber 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 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 verkauft worden – nach Brasilien und nach China. Die Kunden: OEMs aus der Automobil-Branche. Einen neuen, zukunftsträchtigen Wachstumsmarkt haben die Mitarbeiter um Dr. Stefan Nettesheim und Klaus Forster auch schon ausgemacht: 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.