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RoboterzellenGutes Team

Roboterzellen

Der Automatisierungs- und Fördersystemhersteller Asa bringt zwei kooperierende Roboter als Team für die Fertigung von Rotorträgern für Hybridantriebe aus der Automobilindustrie auf den Markt. Während ein Roboter das Produkt positioniert, entgratet der andere mit unterschiedlichen Werkzeugen die zahlreichen Bohrungen, Fräsungen und Kanten.

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Industrie-Roboter, MaterialprüfungProben ohne Pause

Kunststoff- oder Stahlhersteller definieren jene Eigenschaften, die ein Werkstoff aufweisen muss, der in der Produktion zum Einsatz kommt. Im Vorfeld ist dazu oft eine große Anzahl von Versuchen erforderlich, um die gewünschten Ergebnisse bezüglich der Materialbeschaffenheit zu erzielen. Damit die dafür notwendigen Prüfsysteme rund um die Uhr und stets exakt arbeiten können, hat Zwick den Transport von Proben mit Robotern von Kuka automatisiert.

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Montage + Handhabungstechnik: Proben ohne Pause

Der Einsatz von Robotern nimmt weltweit zu: Ob in der Medizintechnik, für militärische Zwecke, in der Kranken- und Altenpflege oder für häusliche Aufgaben – der mechanische Kollege erschließt sich seit Jahren immer neue Anwendungsfelder. Es passt ins Bild, dass der mit Robotern erzielte Umsatz 2011 mit einem Zuwachs von 38 Prozent die 2,7 Milliarden Euro-Grenze überschritt und damit die bisher höchste Wachstumsrate erreicht hat. Zählt man die Montage- und Handhabungstechnik noch dazu, erzielte die Branche im letzten Jahr einen Rekordumsatz von 10,3 Milliarden Euro. Die Impulse für das starke Wachstum kamen dabei aus dem Inland und dem Ausland. Denn der Trend zur Automatisierung hat sich weltweit und in nahezu allen Branchen deutlich verstärkt. Die größte Nachfrage erfahren Roboter jedoch immer noch in ihrem Ursprungsmarkt – der produzierenden Industrie. Zugpferd ist nach wie vor die Automobilindustrie, doch auch andere Branchen investieren ebenfalls kräftig: vor allem die Metallindustrie, die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie die Pharmaindustrie. Denn die als Roboter bekannten stationären oder mobilen Maschinen mit mindestens drei Achsen können auf verschiedene Bewegungsabläufe im Raum programmiert werden und im Gegensatz zum Menschen die Bewegungsabläufe ohne Ermüdung, mit hoher Wiederholgenauigkeit und Präzision rund um die Uhr durchführen. Auch ungewünschte Beeinflussungen, wie zum Beispiel die Erwärmung des Transportstücks durch Körperwärme, finden nicht statt.

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Aus diesen Gründen setzt der Prüfmaschinen-Hersteller Zwick zum Transport seiner Prüf-Proben Roboter ein. Bereits im Jahr 1938 begann Zwick in Ulm-Einsingen mit der Herstellung von Prüfmaschinen und avancierte in den folgenden Jahrzehnten zu einem weltweit führenden Hersteller von Maschinen für Werkstoffprüfungen. Die Produktpalette des Traditionsunternehmens umfasst Materialprüfmaschinen für Zug-, Druck- und Biegeprüfungen an Werkstoffproben, Bauteilen und Komponenten. Damit die Prüfsysteme rund um die Uhr und immerzu exakt arbeiten können, hat Zwick den Transport von Proben mit Robotern von Kuka automatisiert.

Die Probe kann zum Beispiel ein Metallstück, ein Blechstreifen, ein Insulin-Pen oder auch der Teil einer medizinischen Komponente sein. Aber auch große „Stahlprügel“ werden geprüft. Sie können bis zu 700 Millimeter lang und bis zu 15 Kilogramm schwer sein. „Eine Probe wird zu 80 bis 90 Prozent zerrissen“, erklärt Robert Kaifler, Produktmanager Automatisierung bei Zwick. „Die Regelparameter, die sich ergeben, werden später in die Produktionsanlage eingespeist, um diese dann zu optimieren. Ob das ein Stahlwalzwerk ist, eine Spritzgussmaschine oder eine Maschine zur Herstellung von Insulin-Pens ist vom Prinzip her egal.“

Künstler mit hoher Performance

Materialprüfungen erfordern allerhöchste Genauigkeit. Bei der kleinsten Abweichung in der Bewegung verändern sich die Materialkennwerte. Deshalb automatisiert Zwick seit mehr als zehn Jahren ihre Materialprüfmaschinen mit den Robotern aus Augs-burg. Durch das Roboterprüfsystem versucht man, Abweichungen auf ein Minimum zu verringern. Hauptaufgabe des Roboters ist das exakte Einlegen und Positionieren des zu prüfenden Materials. Erst mit einem Robotersystem wird die Materialprüfung zu einem wirklich reproduzierbaren Prozess ohne Wertverlust – die Zyklen sind eindeutig festgelegt.

Wenn in der Kunststoffindustrie Material geprüft wird, spielt die Temperatur eine maßgebliche Rolle: Denn sobald eine Probe mit der Hand berührt wird, ändert sich aufgrund der Körpertemperatur schon die Materialkennwert-Charakteristik. Die manuelle Prüftechnik ist also immer problematisch. Durch eine Roboterhand in Raumtemperatur versucht man, diesen Negativeffekt herauszufiltern. Ein üblicher Versuch dauert zwischen einer und drei Minuten. „Früher“, so erklärt Robert Kaifler, „wurden die Materialversuche händisch durchgeführt. Klar, dass da die Ergebnisse nicht immer exakt waren.“ Hauptaugenmerk liegt also auf der Präzision und Genauigkeit des Roboters. „Der Versuch ist normiert, die Geschwindigkeit festgeschrieben“, sagt Wolfgang Mörsch, Vertrieb Innendienst und Marketing bei Zwick. „Das wichtigste für uns ist, dass die Probe sicher und präzise von A nach B gebracht wird!“

Zwick-Kunden führen vor allem Normversuche durch. „Die Hauptzielsetzung ist natürlich die Kostenreduktion“, erläutert Robert Kaifler. Einsatzgebiete der Kuka-Roboter in den Prüfsystemen sind zu 80 Prozent die zerstörende und zu 20 Prozent die nicht zerstörende Werkstoffprüfung. Hierfür werden vor allem die Robotertypen KR 6, KR 30 und KR 60 eingesetzt.
Die Entscheidung dafür fiel leicht: Diese als Bewegungskünstler bezeichneten Roboter erschließen einen faustkugelförmigen Arbeitsraum und sind für Raum und Kosten sparende Anlagenkonzepte gemacht. Sie besitzen optimal aufeinander abgestimmte Motor-Getriebe-Einheiten und sorgen für eine hohe Performance bezüglich Taktzeit und Genauigkeit. Dabei werden auftretende Prozesskräfte durch die hohe Steifigkeit der FEM-optimierten Konstruktion kompensiert. Ihre geringe Aufstellfläche ermöglicht selbst in engen Zellenlayouts einen reibungslosen Einsatz. Durch die minimalen Störkonturen ist auch eine effiziente Offline-Programmierung gegeben. Hinzu kommen bei Bedarf ein umfangreiches Software-Angebot für die Roboter: Von vorgefertigter Applikationssoftware für die gängigsten Anwendungen über Simulationsprogramme für die Planung von Roboterzellen bis hin zur Safe Robot Technology für die Überwachung von Schutzbereichen. Für die exakt koordinierte Teamarbeit von mehreren Robotern bietet das Unternehmen ein Applikationspaket.

Lückenlose Dokumentation

Die Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse ist auch bei der Prüfung von Medizinprodukten unverzichtbar. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, hat Zwick ein vollautomatisiertes System zur Insulinpen-Prüfung entwickelt. Eine Materialprüfmaschine der Zwicki-Line mit integriertem Torsionsantrieb in Kombination mit einem KR 5 Sixx von Kuka sorgt für exakte und wirtschaftliche Prüfungen. Seit mehreren Jahren ist das Unternehmen verstärkt auch im Bereich der Medizintechnik aktiv. Mit der Prüfmaschine können die Dosierungseinstellung und die Auslösekraft gemessen und die abgegebene Dosis in einem fortlaufenden Vorgang abgeleitet werden. Die Prüfverfahren der beiden Prüfachsen sind beliebig modifizier- und kombinierbar. Die automatisierte Probenzuführung erfolgt über das Roboter-Handlingsystem. Verfälschungen der Prüfergebnisse durch Bedienereinflüsse sind ausgeschlossen. Inzwischen hat Zwick etwa einhundert automatisierte Systeme verbaut. Sie sind weltweit im Einsatz.

Der Prüfprozess wird durch den erhöhten Probendurchsatz deutlich effizienter. Bei Bedarf können aber jederzeit manuelle Prüfungen durchgeführt werden. Auch die Abrollkraft von Mullbinden, die Materialbeschaffenheit von Zahnarztspritzen oder die Kindersicherung für Medikamentenverschlüsse werden von den automatisierten Prüfsystemen untersucht. Das Prüfaufkommen ist in den letzten Jahren wesentlich gestiegen. Die Anzahl der Mitarbeiter im Labor dagegen nicht. Die vorhandenen Mitarbeiter können nun für die wertschöpfende Arbeit eingesetzt werden. Eintönige Tätigkeiten und sich stets wiederholende Prozeduren, die trotzdem höchste Genauigkeit erfordern, werden zuverlässig vom Roboter erledigt – wenn es sein muss, sogar rund um die Uhr. „Ein Produktionsprozess von Medizinprodukten muss lückenlos dokumentiert werden – das erfordert die FDA-Richtlinie. Auch hier sorgt die Automatisierung mit Kuka-Robotern für genau planbare und nachvollziehbare Abläufe“, betont Robert Kaifler.
Mit dem leistungsstarken und offenen Steuerungskonzept des Roboterherstellers kann der Anwender seine Prüfanlagen an die spezifischen Anforderungen der Endkunden anpassen. Darüber hinaus stehen zahlreiche Erweiterungsoptionen zur Verfügung, mit denen der Roboter problemlos an sich ändernde oder neue Aufgaben angepasst werden kann. Präzises und wiederholgenaues Arbeiten steht hier im Fokus. Robert Kaifler ist überzeugt: „Der Erfolg gibt uns recht. Auf Kuka-Roboter zu setzen, war die richtige Entscheidung.“hs

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