Rheometer von Anton Paar stehen für hohe Präzision in der Werkstoffprüfung viskoelastischer Stoffe. Arbeiten das Highend-Messgerät und ein Sechsachs-Roboter Stäubli TX40 im Team, erfolgen die Nano-genauen Messungen rund um die Uhr.
In den Kernbereichen Dichte- und Konzentrationsmessungen sowie Rheologie und CO2- Messungen zählt die Anton Paar GmbH in Graz zu den Weltmarktführern. Die hochpräzisen Rheometer kommen in der Produktentwicklung sowie in der Qualitätssicherung zur Ermittlung des Verformungs- und Fließverhaltens von Materie zum Einsatz. Das erste vollautomatische Rheometer HTR 301 ergänzt die Produktpalette nach oben. Ein Industrieroboter Stäubli TX40 erfüllt im High Throughput Rheometer HTR 301 alle notwendigen Aufgaben rund um das Physica MCR 301 Rheometer für Messungen an niederviskosen Proben bis hin zu Festkörpern.
Zu den Aufgaben des Roboters gehören das Abfüllen der Proben in Pipetten, das Aufbringen und Trimmen der Proben ebenso wie die sorgsame Handhabung der Messsysteme. Außerdem führt er die jeweils freien Messsysteme zeitlich parallel zur laufenden Messung der Reinigungsstation und der Trocknung zu. „Zum einen sichert die Automatisierung des Messgerätes dessen optimale Auslastung. Zum anderen bietet HTR 301 auch die Flexibilität zur Durchführung längerer andauernder Testserien“, erklärt Paul Staudinger, Product Manager Rheology Automation bei Anton Paar. „Diese können während der dritten Schicht oder am Wochenende ablaufen – ein Vorteil für die Anwender.“ Der Roboter arbeitet prozesssicher bei hundertprozentiger Reproduzierbarkeit, und er kennt keine Pause. Ein Werkstückträger mit 96 Probenplätzen sichert den mannlosen Betrieb der Anlage je nach Prüfzyklen der Proben bis zu 24 Stunden.
Wiederhol-und Positioniergenauigkeit sowie kompakte Bauweise standen an den oberen Positionen des Pflichtenheftes. Schließlich arbeitet das hochpräzise Laborgerät mit axialem und radialem Diffusionsluftlager selbst mit einer Toleranz von 1 µm bei der Spalteinstellung der Messsysteme. Nur im Team mit einer ähnlich präzisen Handhabungslösung ist die von den Rheologen geforderte Präzision der Messungen im Nano-Bereich prozesssicher automatisiert zu erzielen. Der Stäubli TX 40 arbeitet mit einer Positioniergenauigkeit von +/- 0,02 mm.
Aufgrund des minimal Bauraumes und der anspruchsvollen Bewegungsmuster war von vornherein klar, dass die Automatisierung nur durch einen besonders gelenkigen Sechsachser erfolgen konnte: „Nach praxisnahen Prüfungen fiel die Wahl klar auf den Stäubli-Roboter“, erzählt Christian Kraxner, Technical Engineer Automation Rheology bei Anton Paar: „Er ist mit besonders präzisen Getrieben ausgestattet, was sich in spielfreien Bewegungen und hoher Wiederholgenauigkeit seitens der Mechanik äußert.“ Zu den Handhabungsaufgaben des Roboters, der vom Systempartner der Anton Paar GmbH mit einem pneumatischen, optisch überwachten Dreifachgreifer ausgestattet wurde, gehört das sorgsame Einlegen und Entnehmen der paarigen Messsysteme. Um Beschädigungen der hochempfindlichen oberen Kupplung beim Einführen des Messkörpers auszuschließen, ist eine Positionierung mit 0,05 mm Toleranz gefordert. Ähnliches gilt für die untere, bei der Messung feststehende Messplatte. Diese wird von einem Vakuumsystem fixiert und muss vom Roboter exakt positioniert werden, um die korrekte Messung zu sichern. Ein Nullabgleich vor jeder Messung durch Zusammenfahren der beiden Messsystem-Hälften schließt Fehler bei der Spalteinstellung aus, doch davon unabhängig müssen Position und Parallelität gegeben sein.
Während dieser so genannten Zero-Gap- Kalibrierung bereitet der Roboter die Proben vor. Dazu entnimmt er eine Pipettenspitze und führt diese in den Dispenser. Dann wird ein Probengläschen aus der Palette entnommen, dessen Deckel geöffnet und zum Dispenser gebracht, wo eine genau definierte Menge der Flüssigkeit angesaugt wird. Nach Verschluss und Rückführung des Probengläschens entnimmt der Roboter die untere Messplatte aus dem Rheometer und führt diese zum Probenauftrag exakt mittig positioniert unter die Pipette, um sie danach wieder im Messgerät abzulegen. Die grundsätzliche rheometrische Messung im MCR 301 erfolgt durch Zusammenfahren der Messsystem-Hälften und definierte Rotation oder Oszillation des oberen Messsystems.
Anton Paar Kunden erhalten das vollautomatisierte Rheometer als fertiges Setup. Spezielle Roboter Programmier-Kenntnisse sind deshalb nicht notwendig. Dazu Kraxner: „Wenn die Anlage einmal programmiert ist, hat der Anwender extrem einfachen Zugang. Positionskorrekturen lassen sich beispielsweise über das Bedienteil ganz einfach durch Plus/Minus-Justierungen eingeben.“
Die Grazer Rheology-Automation-Spezialisten sehen zukunftsträchtiges Potenzial für die kompakt bauende automatisierte Standardzelle HTR 301. Paul Staudinger: „Im Unterschied zu bisherigen kundenspezifischen Automatisierungslösungen, die lediglich den Messkopf integrierten, bietet HTR 301 den Vorteil, dass ein Standard Labormessgerät die aus dem Labor gewohnte Messgenauigkeit garantiert und verschiedene Messkammern des Laborgeräts auch für den HTR genutzt werden können. Und mit der Automatisierung durch den Stäubli-Roboter können wir unseren Anwendern eine prozesssichere Gesamtanlage übergeben, die einfach zu bedienen und extrem flexibel einzusetzen ist.“ jk
Weitere Informationen www.anton-paar.com www.staubli.com/robotics
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