Produktions- und Montageautomatisierung

Die Kooperativen kommen

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Auch in der Produktions- und Montageautomatisierung schreitet die Digitalisierung voran. Jüngster Wurf sind kooperierende Leichtbauroboter, die in bereits bestehenden Strukturen eingesetzt werden können. Die Motek als Schaufenster der Industrie beschreibt diesen Trend. Pragmatische Integrationskonzepte – auch jenseits der Robotik – ziehen sich wie ein roter Faden durch die Fachmesse.

Wenn Mensch und Roboter künftig vermehrt ohne trennende Schutz-einrichtung zusammenarbeiten, gehen die technischen Konzepte auf Entwicklungssprünge der Industrie in letzter Zeit zurück. Dabei erfolgt der Vormarsch ortsflexibler Roboter innerhalb vorgegebener Grenzen der Normen- und Rechtslage für die Mensch-Maschine-Kollaboration (MRK). Das heißt, wer solche Arbeitsplätze individuell umsetzen will, muss die Gefährdung des Menschen durch Sicherheitsmaßnahmen ausschließen. Um das Risiko zu beurteilen, sind laut dem Maschinenbauverband VDMA einerseits die Sicherheitsfunktionen mit entsprechenden Komponenten umzusetzen, andererseits muss für eine MRK nicht nur der einzelne Roboter, sondern stets die gesamte Applika-tion – also Prozess, Spanner, Greiftechnik und Roboter – betrachtet werden.

Anlagen, die nach der Logik der Roboter funktionieren, bilden immer öfters das Herzstück einer automatisierten Produktion oder Montage. In einer Motorenaufrüstlinie bei Volkswagen beispielsweise unterstützt ein Kuka-Roboter vom Typ Flexfellow die menschlichen Kollegen, dabei schwer zugängliche Verschraubungen an der Motorenunterseite anzuziehen. Zuvor musste der Mitarbeiter den Schrauber mühsam in Kniehöhe bedienen.
Auf Tuchfühlung mit dem Montagehelfer
Die Fähigkeiten des Flexfellow, der auf dem siebenachsigen Kuka-Leichtbauroboter LBR iiwa basiert, zeigt der Augsburger Roboterbauer auf der Fachmesse Motek in Stuttgart (siehe Kasten). Die rund 900 Aussteller des Branchentreffs für die Produktions- und Montageautomatisierung präsentieren einerseits die für dieses Aufgabenspektrum notwendigen Komponenten und Baugruppen. Andererseits zeigen sie Teil- oder Subsysteme, die sich andocken oder integrieren lassen, wie beispielsweise eine Zuführanlage, die einem Roboter den Griff in die Kiste ermöglicht. Laut Veranstalter Schall demonstrieren auf der Motek rund 150 Hersteller von Robotern und Sondermaschinen wie auch Systemintegratoren auf ihren Messeständen die Systeme in Aktion. Besucher erhalten so einen Überblick über die Anwendungsmöglichkeiten der modernen Roboter- und Handhabungstechnik in der Produktions- und Montageautomatisierung.
Auf dem Kuka-Stand lässt sich dem feinfüh-ligen Flexfellow genau auf die Finger schauen. Wie der Roboter selbstständig die Position der Motorschrauben ertastet, lässt sich ebenso nachverfolgen, wie dieser dank Momentensensorik erkennt, wenn er einen Menschen berührt und anhält. Die dabei eingesetzten Komponenten müssen deshalb leichter, runder und insgesamt sicherer sein. Ein solcher Arbeitsplatz, der aus Schrauber, Positionier-einrichtung und der Plattform für die Mensch-Maschine-Schnittstelle besteht, ist stringent auf eine MRK-Anwendung ausgelegt.
„In der Automobilindustrie gibt es keinen Platz für externe Systeme mit großem Schutzzaun“, betont Henning Borkeloh von Kuka Systems. Ein herkömmlicher Industrieroboter benötige bis zu fünfmal so viel Platz wie der Flexfellow. VW hätte, so Borkeloh, „die komplette Linie umbauen müssen“. Der Roboter lässt sich jederzeit an einen neuen Einsatzort schieben. Mehr noch: Aus mehreren Einheiten lassen sich ganze Systeme zusammen- und schnell wieder umbauen. Borkeloh: „Unsere Vision sind wandlungsfähige Montagesysteme mit MRK im Sinne der Lean-Production-Idee statt großer Roboter hinter Zäunen.“
Wer den roboterisierten Griff in die Kiste, in der Fachsprache „3D Bin Picking“ genannt, in seiner automatisierten Anwendung einführen will, für den lohnt sich ein Besuch auf dem Messestand von Denso Robotik. Der Anbieter von Kleinrobotern bietet dies im Zusammenspiel mit der Eyefeeder-Zuführanlage. Neu bei diesem 3D Bin Picking ist die Kamera von EnShape, einem Unternehmen aus Jena, das die sehr schnellen und präzisen 3D-Sensoren zum System beisteuert. Dieses besteht aus einem Denso-Roboter der VS-Serie, der En-Shape-Sensorik sowie einem PC. Dank seiner Leistungsstärke könne dieses erstmals auf der Messe gezeigte System die nächste Phase für einen zuverlässigen, schnel-len Griff in die Kiste für Klein-roboter einleiten, hebt der Hersteller hervor.
Griff in die Kiste
Auf dem Messestand wird die Anlage dem Roboter asymmetrisch geformte Werkteile zuführen. Dieser kann mit der EnShape-Sensorik im 3D- Bin-Picking-Verfahren die gewünschten Teile selektieren, aufnehmen und auf einem Tray ablegen. Damit könne das Eyefeeder-System erstmals auch visuell schwierig zu identifizierende Objekte verarbeiten, betont der Anbieter.
Auf das „Handgelenk“ des Roboters – genauer: auf die letzten drei Achsen – konzentrierte sich SPN Schwaben Präzision bei der Entwicklung und Serienfertigung eines dreistufigen Präzisions-Kegelradgetriebes. Der Motek-Aussteller erfüllte damit den Auftrag eines führenden Anbieters von Robotern und automatischen Applika-tionssystemen. Maßgeschneidert für die Anwendung ist auch der Antrieb mit Hohlwelle: Im Zentrum des Getriebes verläuft ein 70 cm langer Kanal für den Transport aller für die Prozesse notwendigen Medien. Die innere Wandfläche des Kanals ist frei von Absätzen oder Kanten, was ein Aufscheuern der Kabel und Schläuche durch Reibung verhindert. Nach ersten Prototypen und Tests lieferte der Nördlinger Anbieter inzwischen eine statt-liche Anzahl von Serieneinheiten des Kegelradgetriebes an den Kunden.
Agieren auch in rauer Umgebung
Auch Roboter für Handling- und andere Automationsaufgaben in rauerer Umgebung sind in mancher Industriebranche unentbehrlich. Wer diese Anforderung hat, dabei das eingesetzte Robotermodell aber nicht weiter modifizieren will, sollte den Motoman GP begutachten. Erste Vertreter der neuen GP-Serie schickt Yaskawa auf der Motek ins Messerennen. Die Einheiten mit 7 oder 8 kg Tragkraft sollen nicht nur die schnellsten ihrer Klasse sein, sondern sind auch komplett in Schutzart IP67 ausgeführt. Bei der Gelegenheit bekommen die Besucher auch den Prototyp eines kollaborativen Motoman zu Gesicht. Der HC10 mit 1,2 m Reichweite und 10 kg Handhabungsgewicht soll gemäß der technischen Spezifikation ISO TS 15066 freigegeben werden. Die geforderte Sicherheit im direkten Kontakt mit dem Bediener gewährleiste der HC10 durch eine ausgereifte Kraft-Momenten-Sensorik in allen Achsen. Diese Sensorik ermöglicht es laut Yaskawa, dass der Roboterarm flexibel mit seiner Umgebung interagiert.
Wie vielseitig seine kollaborierenden Leichtbauroboter sind, zeigt auch Universal Robots. Präsent ist der dänische Pionier in der MRK-Kollaboration mit den neuesten Lösungen, Service-Angeboten und Zubehörteilen rund um seine sechsachsigen Roboterarme UR3, UR5 und UR10. Ein dazu passendes kabelloses Bedienpanel für UR-Roboter präsentiert Vertriebspartner Faude auf seinem Messestand. Es verfügt über einen dreistufigen Zustimmtaster und eine WLAN-Schnittstelle, um den Roboter noch flexibler, sicherer und zuverlässiger zu steuern.
Wenn sich die Komponenten eines Systems für den höchstmöglichen Schutz des Menschen in der Zusammenarbeit mit Robotern sowohl einzeln als auch kombiniert einsetzen lassen, stammt das Sicherheitssystem bisweilen aus dem Hause Mayser. Die Ulmer sichern das MRK-Arbeitsumfeld zum einen berührungslos durch Ultraschall, zum anderen taktil. Ultraschallsensoren mit sehr kleinen Ultraschallwandlern lassen sich frei und losgelöst von der Elektronik positionieren – selbst dort, wo für herkömmliche Ultraschallsensoren kein Platz mehr ist. Unbeeinflusst von Schmutz, Luftströmung und Feuchtigkeit sollen sie zuverlässig Menschen, aber auch Objekte aus den verschiedensten Materialien detektieren. Eine Blindzone ist praktisch ausgeschlossen, da die Sensoren den ganzen Bereich des elliptischen Schallfeldes bis zu einer Distanz von 2,50 m messen und selbst kleine Objekte erfassen.
Pneumatisch gelüftete Sicherheitsbremse
Ebenfalls kompakt und auf kleinem Bauraum, aber mit hohen Kräften: Diese Devise verfolgt Mayr Antriebstechnik mit einer neuen Sicherheitsbremse der Baureihe Roba-guidestop. Die pneumatisch gelüftete Version beinhaltet ein innovatives Bremskonzept, das sowohl die ständig wachsenden Sicherheitsanforderungen erfüllt als auch ohne den Einsatz von Hydraulik laut Angaben eine hohe Leistungsdichte erreicht. Indem sie Profilschienen positionsgenau und spielfrei klemmt, erreicht die neue Sicherheitsbremse dieselben hohen Haltekräfte wie die hydraulische Ausführung. Deshalb spielt die pneumatisch gelüftete Roba-guidestop dort ihre Vorteile aus, wo ein Hydrauliksystem erst installiert werden müsste, um eine Bremse mit hohen Haltekräften zu betreiben oder aber mehrere Bremsen nötig wären, um entsprechende Kräfte zu erreichen. Der Motek-Aussteller bietet die Neuheit in fünf Baugrößen – jeweils in Standardbauform und in kompakter kurzer Ausführung – an, wodurch Haltekräfte von 1 bis 34 kN abgedeckt werden.
Designt ist die Sicherheitsbremse für verschiedene Schienenbaugrößen der gängigen Linearführungshersteller.
Bei rotierenden Antriebseinheiten fällt die Wahl von Maschinen- und Anlagenbauern immer öfter auf elektrische Bremsen. Ringspann bedient diese Entwicklung, indem das Angebot an kompakten und leichten Elektro-Scheibenbremsen mit Klemmkräften von 1,8 bis zu 24 kN erweitert wurde. Die in vier Rahmengrößen erhältlichen 16 Grundtypen lassen sich vielseitig sowohl als Halte- als wie auch als Not-Stopp-Systeme einsetzen. Allen Ringspann-Bremsen der Baureihen EV und EH ist gemein, dass sie während der gesamten Haltephase mit extrem geringer Leistungsaufnahme auskommen. Bei den kleinen Größen sind es nur 10 W. Damit empfehlen sich die Bremsen auch als besonders energieeffiziente Verzögerungslösung.
Zuverlässige Kraftpakete
Stehen dynamische Kompaktantriebe mit hohen Spitzenleistungen auf der Orderliste, dürfte die jüngste Angebotserweiterung von Engel eine Option sein. Mit insgesamt acht neuen Motortypen in drei Systemgrößen hat der Hersteller seine Servomotoren-Baureihe HBR nun für hohe Leistungsbereiche von bis zu 6410 W Nennleistung geöffnet. Die Drehstrom-Synchronmotoren mit permanentem Magnetfeld und bürstenlosem Hohlwellen-Resolver lassen sich je nach Einsatzfall und Kundenwunsch mit Planetengetriebe, Haltebremse und Fremdbelüftung kombinieren. Aufgrund ihrer hohen Dynamik, Spitzendrehmomenten von bis zu 69 Nm und großzügig ausgelegten Überlastbereichen eignen sich die Motoren der Baureihen HBR 37, HBR 48 und HBR 63 für alle Anwendungen, die eine hohe Leistungsdichte in schlanker Bauform erfordern. Wenn in Automatisierung und Montagetechnik schnelltaktende und präzise Positionieraufgaben auszuführen sind, erweisen sich die neuen HBR-Synchronmotoren als zuverlässige und platzsparende Kraftpakete.
Mehr als eine integrierte Lösung
Antrieb plus Drehmomenterfassung in einem bietet Promess. Die neue Generation der universellen Drehmomentmodule ist mehr als eine integrierte Lösung. Vielmehr erhält der Anwender ein fertiges System, das er sofort für die Prüfung und Überwachung des Drehmoments und damit für die Qualitätssicherung seines Produktionsprozesses einsetzen kann. So lassen sich Losbrech-, Rast- oder Reibmomente von Wälzlagern unter definierter Vorspannung erfassen. Aber auch Funk-tionsprüfungen beispielsweise von Schaltern, Ventilen, Kugellagern oder Torsionsdämpfern können durchgeführt werden. Überdies ist die Integration in eine Montagelinie möglich, um etwa einen Kalttest von Elektromotoren durchzuführen.

Schaufenster der Produktions- und Montageautomation

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Fachmesse Motek

Die Branchenplattform Motek vom 10. bis13. Oktober in der Messe Stuttgart, wird in diesem Jahr zum 35. Mal veranstaltet. Die Fachmesse nimmt für sich in Anspruch, die ganze Welt der Automation abzubilden. Credo des Messeveranstalters Schall ist es, statt einer reinen Komponentenschau bereichsübergreifende Lösungsansätze anzubieten, angefangen von Detaillösungen bis hin zu schlüsselfertigen Systemlösungen. Als Komplementärmesse fokussiert die Bondexpo seit nunmehr zehn Jahren die praxisgerechte Kleb- und Verbindungstechnologie.
Auf 62 900 m² Ausstellungsfläche in den Hallen 3 bis 8 sowie in der Bondexpo-Halle 9 treffen in der Messe Stuttgart Jahr für Jahr über 1000 Aussteller auf rund 35 000 Fachbesucher. Schwerpunkt-Zielgruppen sind der Automobil-, Maschinen- und Gerätebau, die Elektro- und Elektronik-Industrie, die Medizintechnik und Solarproduktion und überhaupt die metall- und kunststoffverarbeitenden Unternehmen und deren Zulieferer.
Das Themenspektrum der Motek erstreckt sich rund um die Produktions- und Montageautomatisierung, Zuführtechnik und Materialfluss sowie Handhabungstechnik und Industrial Handling. Das Leistungsangebot der Aussteller unterteilt die Messenomenklatur in fünf Bereiche: Montageanlagen und Grundsysteme, Handhabungstechnik, Prozesstechnik zum Fügen, Bearbeiten, Prüfen und Kennzeichnen, Komponenten für den Sondermaschinenbau sowie Software und Dienstleistungen.

Dietmar Kieser,
Redakteur Beschaffung aktuell
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