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R2-D2 und C-3PO: Roboter auf dem Vormarsch

14.05.2008
Industrieroboter sind zwar nicht so knuffig wie die Blechkameraden aus der „Star-Wars“-Saga, aber mindestens ebenso hilfreich. Längst ist die Automatisierung auch im umformtechnischen Bereich ohne sie nicht mehr denkbar. Dabei kennt der Markt eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungen.

Die Automation ist weltweit auf dem Vormarsch. Wie Gerhard Wiedemann, Vorsitzender des Vorstands der Kuka Aktiengesellschaft, Augsburg, auf der Bilanzpressekonferenz erklärte, „verschärft die Globalisierung den Wettbewerb in vielen Branchen, führt zu einem erhöhten Automationsdruck und damit zu einer ansteigenden Roboternachfrage rund um den Globus“. Nicht nur in der Automobiltechnik und angrenzenden Branchen tragen Roboter immer mehr zur Optimierung und Flexibilisierung der Produktion bei, sondern auch in anderen Anwendungsbereichen.

Diese Entwicklung hat 2007 zu einem weltweiten Absatzplus von 10% bei Industrierobotern gegenüber dem Vorjahr geführt. Damit sind nach Schätzungen der International Federation of Robotics (ifr) rund 1 Mio. Industrieroboter rund um den Globus im Einsatz, knapp die Hälfte davon in Asien, ein Drittel in Europa und 16% in Amerika. Bis 2010 wird ein Anstieg auf knapp 1,2 Mio. Einheiten erwartet.

Allein 2007 kamen etwa 125000 Industrieroboter weltweit neu hinzu – nach 2005 die zweithöchste jemals verkaufte Stückzahl. Neben dem Bereich Automotive setzte sich der starke Bedarf an Industrierobotern und Automationslösungen auch in den Nicht-Automobil-Bereichen weiter fort. Nach Schätzungen der ifr erhöhten diese Bereiche schon 2006 ihre Roboter-Bestellungen um 25%.

Über die integrierten Geschäftsbereiche Robotics und Systems tritt Kuka am Markt als Anbieter von einzelnen Robotern, Roboterzellen sowie roboterautomatisierten Produktionsanlagen auf. Die Automobilindustrie bleibt für den Anbieter eine bedeutende Kundengruppe, betont Wiedemann und ergänzt: „Automation made by Kuka ist aber zunehmend auch ein Thema in Zukunftsbranchen wie der Luftfahrt- und der Solarindustrie, die aktuell viele Produktionsbereiche von bisher manueller auf zukünftig maschinelle Produktion umstellen.“

Schwerlastroboter KR 1000 Titan setzt neue Maßstäbe

Aus der Palette der Neuentwicklungen des Jahres 2007 hebt Wiedemann besonders den neuen Schwerlastroboter KR 1000 Titan hervor, der „als einziger Roboter der Welt 1000 Kilogramm Gewicht stemmen kann“. Der Roboter stelle ein Maximum an Kraft, Geschwindigkeit, Reichweite und Präzision dar, meint Wiedemann: „Mit neun Motoren und einem Drehmoment von 60 000 Nm ist der Titan 100-mal stärker als ein gut motorisiertes Auto.“

Kuka Robotics stelle sich damit auf die Nachfrage nach einem Roboter zum Heben schwerer oder sperriger Bauteile ein. Der Titan könne zum Beispiel ganze Autokarosserien versetzen, wozu bisher mindestens zwei Roboter oder eine aufwändige Sonderkinematik nötig waren.

Eine interessante Weiterentwicklung aus dem letzten Jahr ist das Kuka-Roboterbördeln. Beim High-Speed-Hemming wird die Falzrolle selbst angetrieben. Dies soll einen Taktzeitvorteil von 25% bewirken. Das neue Bördel-System soll 2008 erstmalig bei Ford in der Türen- und Klappenfertigung eingesetzt werden. Darüber hinaus verfolgen die Augsburger in ihrer Entwicklungsarbeit technologische Trends wie Roboter-Roboter-Kooperation, Mensch-Maschine-Kooperation, Produktionsassistenten oder modulare interaktive Robotergenerationen.

Kooperierende Roboter im Kommen

Kooperierende Roboter zum Beispiel tragen nicht nur in der Automobiltechnik immer mehr zur Optimierung und Flexibilisierung der Fahrzeugproduktion bei. Dabei arbeiten mehrere Roboter simultan zusammen, um beispielsweise gemeinsam Teile zu bearbeiten und Taktzeiten zu reduzieren oder um sich schwere Traglasten zu teilen. Ein weiteres neues Konzept zielt darauf ab, die Kooperation zwischen Mensch und Roboter bei überlappenden Arbeitsräumen zu verbessern, um einen optimalen Automationsgrad zu erreichen.

Auch für ABB ist die Automobilindustrie ein wichtiger Abnehmer. Als Projekt mit Modellcharakter für den gesamten amerikanischen Automobilbau bezeichnet man das neue Werk Belvedere, mit dem Chrysler auf flexiblen robotergestützten Karosseriebau setzt. Nicht weniger als 800 ABB-Roboter produzieren dort in nur einer Produktionslinie drei unterschiedliche Fahrzeugtypen. „Die Linie kann ohne Zeitverlust zwischen den drei Modellen wechseln“, sagt dazu Frank Ewasyshyn, Executive Vice President für die Produktion bei Chrysler.

In der Praxis bedeute dies, dass sie sich automatisch von der Pkw-Fertigung auf die Produktion von Geländewagen umstellt –und das ohne Stopps oder Werkzeugwechsel. Zu den besonderen Leistungsmerkmalen der automatischen Fertigungslinie zählen automatische Lasthebebühnen, die FlexFramer-Technologie mit robotergeführten Vorrichtungen sowie roboterbestückte Rollbördelzellen mit Zykluszeiten von nur 40 sec.

Siebte Roboterachse für die Pressenbedienung

Das herausragende Merkmal der Linie ist jedoch die Steuerung der Prozessabläufe: Erstmals werden hier alle Systeme in der gesamten Produktionsstätte vollständig durch eine Steuerungssequenz miteinander koordiniert. Für Anwendungen in der Pressenbedienung entwickelte ABB die optionale externe Roboterachse Linax, die als echte siebte Roboterachse ausgeführt ist.

Mit dem Roboter koordiniert, transportiert sie das zu bearbeitende Teil von Presse zu Presse. Dabei behält der Roboter die Ausrichtung des Teils bei und ermöglicht so eine deutliche Erhöhung der Produktivität bei reduzierten Zykluszeiten.Der Zeitbedarf für das Be- und Entladen der Presse durch den Roboter wird laut ABB verkürzt. Darüber hinaus soll sich durch den Einsatz der siebten Achse der Platzbedarf zwischen den Pressen verringern.

Die Teile werden beim Transport zwischen den Pressen nicht mehr gedreht, so dass sich die Vibrationsprobleme reduzieren, die durch die Trägheit der Teile entstehen. Im Gegensatz zu anderen verfügbaren Lösungen ist Linax keine reine Umsetzung der sechsten Roboterachse, sondern eine echte, koordinierte zusätzliche Achse, die die Flexibilität des Roboters bei minimalen Kosten erhöhen und hohe Zuverlässigkeit, Präzision sowie eine lange Lebensdauer bieten soll. Die siebte Achse ermöglicht darüber hinaus schnellere Toolingwechsel, weil kein zentraler Toolingarm mehr benötigt wird und nur noch Toolingsegmente getauscht werden müssen.

Hersteller von Umformmaschinen setzen ebenfalls auf Roboter-Automation

Auch die Hersteller von Umformmaschinen arbeiten natürlich an roboterbasierenden Automationslösungen. Die Schuler AG entwickelte beispielsweise ein neues Konzept für High-Speed-Platinenlader, die sich universell bei Pressenlinien, Crossbar-Pressen und bei den neu entwickelten Servopressen verwenden lassen.

Bei diesem Konzept wird mit hängenden Robotern entstapelt, die optional mit einem automatischen Toolingwechsel ausgerüstet werden können. Die Platinenlader können mit Waschmaschine und mit Sprüheinheit betrieben werden. Die Ausbringung der Platinenlader beträgt bis zu 20 Platinen je Minute.

Beim Platinenstapelwechsel findet keine Produktionsunterbrechung statt. Es lassen sich sowohl Einzelteile, Doppelteile nebeneinander oder hintereinander als auch Vierfachteile verarbeiten. Ziel der Entwicklung war es, die Ausbringung gegenüber bisherigen Konzepten deutlich zu steigern und dabei gleichzeitig die Verfügbarkeit zu erhöhen.

CD-Pressenroboter mit vier Achsen für Aufnahmevorgänge

Der schwedische Hersteller AP&T stellte letztes Jahr den CD-Pressenroboter mit vier Achsen für Aufnahmevorgänge zwischen zwei Pressen vor. Der CD-Pressenroboter kann Teile zwischen den Pressen mit einem Produktionstakt von bis zu 15 Teilen je Minute aufnehmen.

Der Pressenroboter ist auf einem Pressengestell montiert, so dass die Bodenfläche frei bleibt und optimale Zugänglichkeit um die Pressen herum gewährleistet ist. Der Transport zwischen den Pressen findet teils mit einer schnellen Linearbewegung in die jeweilige Presse hinein und aus ihr heraus und teils mit einer 180°-Drehung des Roboters statt.

Diese laut AP&T einzigartige Konstruktion sorgt dafür, dass der Schwerpunkt der Last sich mitten im Rotationszentrum befindet, so dass diese sehr schnell gedreht werden kann, ohne dass sie dabei der Zentrifugalkraft ausgesetzt wird. Mit der Z-Achse der Maschine und der seitlichen Verlagerung lassen sich für vier Achsen Positionen zur Anbringung von Teilen im jeweiligen Werkzeug frei programmieren.

Nicht nur bei den Großen der Branche, auch bei kleineren Anbietern umformtechnischer Maschinen und Anlagen lassen sich pfiffige Automatisierungslösungen finden. So konzipierte die niederländische Safan B.V., Lochem, eine Roboter-Abkantzelle, die laut Sales-&-Marketing-Manager Ing. Wim van Kranen „speziell als Standardlösung für kleinere Losgrößen entwickelt wurde“.

Besonderes Merkmal der I-Brake sind die beiden links und rechts an der Maschine angebrachten Roboterarme, die den Bereich vor der Presse für Paletten freihalten. Beide Roboterarme können entweder gemeinsam ein Blechteil handhaben, oder getrennt zwei Produkte gleichzeitig biegen.

Roboter-Abkantpresse mit hoher Flexibilität

Die Flexibilität der Roboter-Abkantpresse wird zudem durch die Möglichkeit erhöht, Ober- und Unterwerkzeuge automatisch mit Hilfe der Roboter zu wechseln. Hinzu kommt, dass die Roboter durch die Maschine fahren können, so dass die Presse von beiden Seiten abkanten kann. Damit ist auch ein einfacher Materialfluss möglich: Beladen von vorn, Abführen der gebogenen Bleche von der Rückseite aus.

Dank zweier Steuerungspaneele ist auch die Programmierung vorne und hinten möglich. Die selbst entwickelte Steuerung soll zudem die Bedienung vereinfachen, betont Wim van Kranen: „Man kann die Maschine wie eine normale Abkantpresse grafisch programmieren und ist direkt produktionsfähig.“

Für andere Anwendungen bietet Safan wie viele sonstige Hersteller auch die Kombination einer Abkantpresse mit einem Standard-Knickarmroboter an. Der kann, um die Reichweite zu erhöhen, auf Schienen gesetzt werden. Damit lässt sich allerdings der Platz vor der Presse kaum noch anderweitig nutzen.

Portalroboter als Alternative zum Knickarmroboter

Als Alternative stehen deshalb Lösungen mit Portalrobotern parat, wie sie beispielsweise die Darley B.V. aus Eijsden/NL anbietet. Die Niederländer realisierten in Zusammenarbeit mit dem italienischen Roboterproduzenten Antil S.p.A. eine Lösung, die auf einem speziell für die Kombination mit Abkantpressen entwickelten kartesischen Biegeroboter basiert.

Dank der Verwendung zweier Steuerungen ist bei der Anlage auch manuelles Arbeiten unproblematisch. Dazu fährt man den Roboter beiseite, trennt die Verbindung der Robotersteuerung zur Presse und bedient diese über ihre eigene Steuerung wie jede normale Abkantpresse. Beim Betrieb als Roboter-Abkantanlage arbeiten die beiden Steuerungen im Master-Slave-Modus. Dabei verfügt die Roboter-Steuerung über alle zum Abkanten erforderlichen Funktionalitäten.

Die Programmierung entspricht der einer Abkantpressen-Steuerung und ist auch offline möglich. Wegen der großen Reichweite des Portalroboters steht viel Platz zum Stapeln zur Verfügung, beispielsweise für Paletten mit den Ausgangsplatinen sowie für eine oder mehrere Paletten beziehungsweise Behälter mit den gebogenen Blechteilen.

Lothar Handge | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/umformtechnik/articles/121248/

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