Intelligente Vernetzung aller Komponenten

Robustes Mehrachsportal

Damit Roboter in der Produktion möglichst effizient und genau agieren können, muss an vielen Stellschrauben gedreht werden. Welche das sind, erforscht das Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik IEM im Auftrag seiner Kunden: Im hauseigenen Robotics Lab lassen sich Anwendungen demonstrieren, konzipieren und testen. Entstanden ist das Labor in enger Zusammenarbeit mit Rose+Krieger. Das Unternehmen lieferte unter anderem die nötigen Portalsysteme sowie Lineartechnik. Dass diese Komponenten sich im Einsatz bewähren, beweist ein erstes Forschungsprojekt der beiden Partner im Auftrag eines mittelständischen Kunden.

Um ein System zur roboterbasierten Bearbeitung zu konstruieren, wurde ein Roboter des Typs IRB1200 von ABB auf den RK-DuoLine-Linearachsen von Rose+Krieger montiert. (Bild: RK Rose+Krieger GmbH)

BLOCAN-Schwerlastprofile sind die leichte, aber dennoch äußerst stabile Alternative zu Stahlträgern: Das Profil 320×160 ist bei gleichzeitig geringeren Abmessungen und über 35% Gewichtseinsparung einem IPE 360 Doppel-T-Träger mehr als ebenbürtig. Die effektive Verbindungstechnik ohne jegliche Bearbeitung, die hohe Stabilität und das geringe Gewicht der Aluprofile erhöhen die konstruktive Anpassungsfähigkeit und mindern die Gesamtkosten. Mit einer 18mm Nutbreite in Kombination mit dem zum Patent angemeldeten Druckverbinder bieten viele Vorteile im klassischen Maschinenbau.

Der Forschungsbereich Scientific Automation des Fraunhofer IEM beschäftigt sich mit den Herausforderungen, die aus der steigenden Komplexität mechatronischer Anlagen resultieren. Das Ziel ist es, mittels modellbasierter Entwurfsmethoden intelligente technische Systeme zu regeln, zu automatisieren und anzupassen. Einer der Schwerpunkte innerhalb dieses Forschungsbereichs ist die intelligente Automatisierung von Systemen und Anlagen. „Mit innovativen Methoden und Technologien schaffen wir individuelle, industrietaugliche Lösungen“, erläutert Arne Rüting, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IEM. „Im Vordergrund stehen die Effizienzsteigerung von Entwicklungsprozessen, ressourcenschonende und selbstoptimierende Maschinen und Anlagen sowie die Systemvernetzung.“

Roboterbasierte Bearbeitung

Die Robotik ist ein Weg, um Herstellungsprozesse zu automatisieren und damit effizienter zu gestalten. Genau das wollte ein mittelständisches Unternehmen erreichen, das sich mit einer individuellen Aufgabenstellung an das Fraunhofer IEM wandte: Entstehen sollte ein maßgeschneidertes System zur roboterbasierten Bearbeitung inklusive einer intelligenten Vernetzung aller Komponenten – also von Raumportal, Roboter, Werkzeug und zusätzlichen Sensoren. Das Bearbeitungssystem sollte sich je nach Bauteil schnell und einfach adaptieren lassen, ohne dass der Anwender Programmieraufgaben durchführen muss. „Diese Aufgabenstellung ließ sich mit auf dem Markt erhältlichen Standardsystemen nicht realisieren“, so Rüting. „Deshalb beauftragte der Kunde bei uns eine individuelle Lösung.“

Im ersten Schritt ermittelte das Fraunhofer IEM in enger Abstimmung mit dem Kunden die Anforderungen an das System. Basierend auf einer strukturierten Prozessanalyse und Dokumentation folgte im zweiten Schritt die Auswahl der Komponenten sowie die Konstruktion und Auslegung des Raumportals. Das dabei entstandene CAD-Modell setzten Rüting und seine Kollegen zum einen im Rahmen einer Mehrkörpersimulation ein, um die Anforderungen hinsichtlich Arbeitsraum und anderen Parametern zu überprüfen. Zum anderen konnte auf Basis des Modells mittels virtueller Inbetriebnahme bereits zu einem frühen Zeitpunkt im Projekt der Steuerungscode geprüft werden.

Systemlösungen in der Automatisierungstechnik

„Das Portal von Rose+Krieger ist ein entscheidender Faktor für die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems“, betont Rüting. „Es ermöglicht die gewünschte Größe des Arbeitsraums, zudem ist die Steifigkeit ausschlaggebend für die mit dem Werkzeug erzielbare Genauigkeit.“ Neben der eigentlichen Konstruktion des Portals berechnete Rose+Krieger auch die Dimensionierung der Linearachsen und Antriebe hinsichtlich des statischen und dynamischen Drehmoments sowie der maximal erforderlichen Drehzahl.

„Projekte dieser Art sind die Spezialität unseres Geschäftsbereichs RK Systemlösungen“, erläutert André Horst, Key Account Manager bei Rose+Krieger. „Mit unserem Baukasten aus nahezu 50.000 Komponenten können wir beinah jede Vision realisieren. Neben Mehrachs-Handling-Systemen liefern wir auch individuelle Arbeitsplatzsysteme, Maschinengestelle, Arbeitsbühnen oder Maschineneinhausungen.“ Das in diesem Fall entstandene Mehrachsportal setzt sich unter anderem aus unterschiedlichen Linearachsen, Schwerlastaluprofilen und Verbindungselementen zusammen. „Das im Rahmen des Projektes entwickelte Gesamtsystem erfüllt im produktiven Einsatz die vorab definierten Anforderungen vollständig“, freut sich Rüting. „Das Raumportal bewährt sich auch bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen mit hoher Staubbelastung. Die eingesetzten Achsen überzeugen durch ein sehr gutes Laufverhalten und eine hohe Robustheit.“