Marktübersichten zu Robotern und Greifern aktualisiert

Zunehmend anspruchsvollere Aufgaben, die Roboter „durch die Integra­tion von Funktionen in das Werkzeug und von nachgelagerten Bearbeitungsschritten in automatisierte Fertigungszellen“ erfüllen, wie dies Arburg, Loßburg, anspricht, erfordern eine moderne Steuerung, die „den Bediener möglichst komfortabel und zugleich effizient unterstützt. Anders lassen sich die komplizierten Prozesse nur unzureichend beherrschen“, erläutert Arburg und ergänzt, dass „eine konsequent auf den gesamten Spritzgießablauf ausgelegte Benutzeroberfläche die Prozessdatenspeicherung, statistische Auswertung und die Einbindung von Robot-Systemen und weiteren Peripheriegeräten ermöglicht, die sich so zentral programmieren und überwachen lassen. Dies bedeutet für den Bediener“ den Umgang mit „nur einem Datensatz, kein Umdenken beim Programmieren und perfekte Synchronisation von Roboter und Maschine.“ Diesen Trend, „die Steuerungen von Maschine und Roboter zu integrieren“, spricht auch Engel, Schwertberg, Österreich, an und führt weiter aus, dass dieser Trend „durch die Integration von intelligenten Peripheriegeräten ergänzt wird.“ Dabei „werden die dezentralen Steuerungen teilweise komplett in die Maschinen- und Robotersteuerung überführt. Teilweise existieren diese weiter, können aber trotzdem von der übergeordneten Steuerung bedient und kontrolliert werden. Dies bringt den Vorteil der vereinfachten Bedienung, Inbetriebnahme und Diagnose, einer höheren Sicherheit beim Teilewechsel und vereinfacht unter dem Schlagwort „single point of access“ eine Vernetzung im Sinne von Industrie 4.0. „Durch Einsatz von Industrie 4.0-Technologien lassen sich“, wie Arburg hierzu mitteilt, „in automatisierten Anlagen die einzelnen Prozess-Schritte in einer durchgängigen Daten- und Informationskette verbinden und die einzelnen Teile rückverfolgen. Kundenwünsche werden dabei zunehmend in den Produktionsprozess eingebunden.“

Auch laut Krauss Maffei, München, liegt bei den Steuerungen der „Fokus auf Bedienerfreundlichkeit.“ Realisiert wird dies durch „übergeordnete Steuerung mit erweiterter Analysefunk­tion.“ Damit „können Peripherie-Stationen über Touch-Oberflächen angewählt und Fehler identifiziert werden.“ Wittmann Robot Systeme, Nürnberg, sieht den derzeitigen Schwerpunkt in der Steigerung „der Netzwerkfähigkeit der Geräte.“ Ziel ist es, „durch erweiterte Integration einen einfacheren Startvorgang von Gesamtzellen“ zu ermöglichen. „Dies beginnt zum Beispiel bei der Greifer-Erkennung und setzt sich mit dem Abgleich der Programme mit der Spritzgießmaschine fort. Dem Bediener stehen so alle Möglichkeiten offen, die Prozessdaten entweder am Gerät, der Spritzgießmaschine oder dem PC auszuwerten.“

(Bildquelle: Krauss Maffei)

Servoelektrik ist Antriebstechnik der Wahl

Trends bei der Antriebstechnik sind in diesem Jahr ohne Hinweise geblieben. Allenfalls zur Energieeffizienz weist Krauss Maffei darauf hin, dass sich die Antriebstechnik „weg von Pneumatik und hin zu Elektrik“ entwickelt, wobei vor allem Servoantriebe zum Einsatz kommen. Die Steuerung dieser Antriebe ermöglicht heute „selbst optimierende Verfahrwege von Robotern“, wie Krauss Maffei ergänzt. Allgemein haben sich danach wohl lagegeregelte Antriebe für die anspruchsvolle Handhabung von Produkten durchgesetzt und auch Geräte mit lagegeregelten translatorischen Achsen werden heute als Linear-Roboter bezeichnet. „Um diese schnell, präzise und energieeffizient zu betreiben“, teilt Engel mit, „muss das bewegte Eigengewicht reduziert werden. Eine noch so ausgeklügelte Mechanik stößt bald an ihre Grenzen und das Handling beginnt bei höherer Dynamik zu schwingen. Wie auch in vielen anderen Maschinenbau-Bereichen kompensiert zunehmend intelligente Sensorik in Kombination mit Steuerungs- und Regelungsalgorithmen die Grenzen der Mechanik und erhöht gleichzeitig die Positioniergeschwindigkeit und -genauigkeit.“

Minimaler Raumbedarf durch Linearroboter

„Größe und Leistungsfähigkeit von Robotern werden zunehmend auf die Bedürfnisse der Kunststoffverarbeitung abgestimmt“, stellt Arburg fest. „Kleinere Roboter ermöglichen einen platzsparenden und damit noch flexibleren Einsatz zu einem deutlich besseren Preis-Leistungs-Verhältnis.“ In diese Richtung argumentieren auch Krauss Maffei mit dem Verweis auf platzoptimierte Fertigungszellen und Engel mit dem Hinweis, dass „Produktionsflächen teuer sind. Damit dürfen Automatisierungszellen nur so groß wie unbedingt erforderlich dimensioniert werden. Bei Linear-Robotern lässt sich der erreichbare Raum durch die Achs-Hübe einfach einschränken. Bei Knickarmrobotern wird meist nicht der gesamte kugelförmige Arbeitsraum benötigt. Der Arbeitsraum wird durch intelligente und personensichere virtuelle Sperrbereiche der Robotersicherheitssteuerung abgegrenzt und ermöglicht somit mit einem einfachen Schutzzaun eine Reduktion des Footprints der Zelle.“

Ein Linearroboter der W8-Pro-Serie von Wittmann Robot Systeme(Bildquelle: Wittmann)

Schlüsselfertige Lösungen

Turn-Key-Anlagen, „bei deren Auslegung die gesamte Wertschöpfungskette einbezogen wird“, wie Arburg darlegt, werden zunehmend als „auf den Einzelfall zugeschnittene Systeme gefordert.“ Die Nachfrage nach derartigen kompletten Systemen, die Spritzgießmaschine, Robotik, Bearbeitung, Qualitätskontrolle, Verpackung und so weiter umfassen, „steigt enorm an“, wie Engel beobachtet, weil „Kunststoffverarbeiter mit einem kleinen Maschinenpark oft kein eigenes Projektier­ungsteam für die Automatisation haben und große schnell wachsende Firmen oft nicht ausreichend Personal finden, um ihre Automatisierungsprojekte weltweit selbst umsetzen zu können. Der Trend, das gleiche Teil oder eine Produktfamilie an mehreren Standorten mit gleichen Produktionszellen weltweit herzustellen, nimmt weiter zu“, ergänzt Engel. „Der Kunde erwartet daher vom Maschinen- und Automations-Hersteller immer mehr globale Präsenz bei Vertrieb, Wartung und Service.“ Einen weiteren Trend erkennt Krauss Maffei darin, dass Zellen mit integrierten Industrierobotern mobil ausgeführt werden.

Dürrschmidt, Pfaffenhofen, berichtet von einer derzeitigen auffallend hohen Nachfrage nach multifunktionalen Stapellösungen, die zwei kombinierte Förderbänder mit jeweils eigener Stapelachse aufweisen und Trays, Zwischenlagen, Boxen und Kartons puffern und stapeln.

Sicherer und beschleunigter Prozess durch Sensorik

„Neue Sicherheitskonzepte machen“ nach Arburg „ein Hand in Hand Arbeiten von Mensch und Robot-System möglich. Die Roboterhand lässt sich so beispielsweise manuell mit Einlegeteilen bestücken. Aufwändige Bereitstellungssysteme können entfallen und die Investitionskosten einer Automation deutlich senken. Darüber hinaus wird die Bereitstellung von Einlegeteilen nicht nur einfacher beherrschbar, sondern auch weitaus flexibler und schneller bei Produktwechsel. Dadurch wird die Automation auch kleinerer Losgrößen wirtschaftlich interessant.“

Engel verweist darauf, dass „externe Gewichts- und/oder Temperaturmessungen Zykluszeiten kosten und meist eine erneute Aufnahme des Spritzteils durch den Roboter erfordern. Direkt in den Roboter oder Greifer integrierte Messsysteme erreichen in vielen Fällen die geforderte Genauigkeit und erhöhen die Produktivität.“

Dazu schreibt ASS Maschinenbau, Overath, dass „der Bedarf an Greifern mit integrierten Funktionen weiterhin ungebremst ist. Verstärkt werden Funktionen wie Angusstrennung, Einlegen von Buchsen, Lagekontrolle oder visuelle Prüfungen direkt im Greifer integriert.“ Wittmann spricht die immer höher steigenden Genauigkeitsanforderungen an die Greifer durch immer komplexere und hochwertigere Endprodukte an. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, „erhalten Werkzeuge häufiger Absteckpositionen“, um so im Bereich von hundertstel Millimetern einlegen zu können. Ebenfalls stark nachgefragt werden laut ASS „Laser-Sinter-Lösungen, die integrierte Funktionen, wie Luftkanäle oder Bewegungen erlauben. Ein Grund für diesen Entwicklungstrend ist die steigende Komplexität der zu greifenden Produkte bei gleichzeitiger Reduzierung von Zykluszeiten sowie Gewichts- und Komplexitätsreduktion der Greifer. Hier gilt zwischen Laser-Sinter-Anwendungen und 3D-Druck zu differenzieren. Im Laser-Sinter-Verfahren hergestellte Bauteile haben in der Regel eine höhere Festigkeit als Bauteile aus dem 3D-Drucker.“

Leichtbauweise für Greifer

„Zur Reduzierung der Greifer-Gewichte werden verstärkt Lasersinter-Teile aus PA eingesetzt“, teilt Wittmann mit. Dies betrifft nicht nur den Zangenbereich, sondern gilt bis hin zu den „kompletten Greifern inklusive den Anschraubflächen an die Roboterachse.“ ASS schreibt, dass „im Bereich der Leichtbautechnik weiterhin ein steigender Bedarf an Greifer-Komponenten und Handhabungslösungen für biegeschlaffe Materialien vorhanden ist“ und hier „insbesondere für Faserverbundkunststoffe (FVK) und Carbonfaser verstärkte Kunststoffteile (CFK)“ vor allem für die Automobilindustrie.

„Ein übergreifender Trend ist der Einsatz von abdruck­armen und von Lack-benetzungsstörenden Substanzen (LABS) freien Beschichtungen für Greifer-Komponenten zur Handhabung von sensiblen oder hochglänzenden Bauteilen“, berichtet ASS weiter und verweist darauf, dass „die Anforderungen der Anwender hinsichtlich optimierter Standzeiten und dem flexiblen Einsatz von Greifern steigen. So müssen diese immer öfter Handhabungslösungen für mehrere Anwendungen enthalten.“ Diese Forderung erfüllt eine Entwicklung des Leibniz-Instituts für Neue Materialien in Saarbrücken auf besondere Weise. Auf der Gecko-Technologie beruhende sogenannte Gecomer-Strukturen ermöglichen den Aufbau einer Haftkraft von bis zu 20 kg pro 25 cm2 zwischen der Greifer- und der Formteilfläche. Allein durch flächiges Berühren lassen sich so mit dem Greifer unterschiedliche Teile anheben und ablegen, wobei das An- und Abschalten der Haftung durch mechanische Manipulation der Gecko-Strukturen der Greifer­fläche bewirkt wird.