Lineartechnik Ein Mehrachsportal für die roboterbasierte Fertigung

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Im Robotics Lab des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik IEM lassen sich Robotikanwendungen demonstrieren, konzipieren und testen. Entstanden ist das Labor in enger Zusammenarbeit mit RK Rose+Krieger.

Die Robotik hilft dabei, Herstellungsprozesse zu automatisieren und damit effizienter zu gestalten. Genau das wollte ein mittelständisches Unternehmen erreichen und wandte sich mit einer individuellen Aufgabenstellung an das Fraunhofer IEM: 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 dabei Programmieraufgaben durchführen zu müssen. „Diese Aufgabenstellung ließ sich mit auf dem Markt erhältlichen Standardsystemen nicht realisieren“, sagt Arne Rüting, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IEM. „Daher beauftragte der Kunde bei uns eine individuelle Lösung.“

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Kundenindividuelles Raumportal entwickelt

Im ersten Schritt ermittelte das Fraunhofer IEM in Abstimmung mit dem Kunden die Anforderungen. 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 Arne Rüting und seine Kollegen zum einen in einer Mehrkörpersimulation ein, um die Anforderungen hinsichtlich Arbeitsraum und anderen Parametern zu überprüfen. Zum anderen ließ sich damit mittels virtueller Inbetriebnahme bereits zu einem frühen Zeitpunkt im Projekt der Steuerungscode prüfen.

Für die Konstruktion und Realisierung des Raumportals hatten die Experten RK Rose+Krieger als Partner an der Seite. Das Fraunhofer IEM arbeitet bereits seit vielen Jahren mit dem Unternehmen zusammen. „Das Portal von RK Rose+Krieger ermöglicht die gewünschte Größe des Arbeitsraums, zudem ist die Steifigkeit ausschlaggebend für die mit dem Werkzeug erzielbare Genauigkeit“, betont Rüting. Neben der eigentlichen Konstruktion des Portals berechnete RK Rose+Krieger auch die Dimensionierung der Linearachsen und Antriebe hinsichtlich des statischen und dynamischen Drehmoments sowie der maximal erforderlichen Drehzahl.

Lineartechnik

Linearchsen für den Reinraum und vertikale Anwendungen

Linearachsen, Schwerlast-Aluprofile und Verbindungselemente im Einsatz

„Mit unserem Baukasten aus nahezu 50.000 Komponenten können wir beinah jede Vision realisieren. Neben Mehrachs-Handlingsystemen liefern wir auch individuelle Arbeitsplatzsysteme, Maschinengestelle, Arbeitsbühnen oder Maschineneinhausungen“, erklärt André Horst, Key Account Manager bei RK Rose+Krieger. Das in diesem Fall entstandene Mehrachsportal setzt sich aus unterschiedlichen Linearachsen, Schwerlast-Aluprofilen und Verbindungselementen zusammen; die Lösung ist optimal auf die verwendeten Antriebe und die Steuerungstechnik abgestimmt. „Das Raumportal bewährt sich auch bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen mit hoher Staubbelastung. Die eingesetzten Achsen überzeugen durch ein sehr gutes Laufverhalten und eine hohe Robustheit“, freut sich Rüting

Bevor die Gesamtlösung beim Kunden zum Einsatz kam, wurde sie zunächst prototypisch in den Räumlichkeiten des Fraunhofer IEM aufgebaut und getestet. Diese Vorgehensweise hat sich so bewährt, dass eine Idee aufkam: Warum nicht eine Laborumgebung schaffen, in der ähnliche Projekte durchgeführt werden können? Die Idee für das institutseigene Robotics Lab war geboren. „Hier können Kunden ihre Applikationen zunächst prototypisch umsetzen, bevor sie in eigene teure Hardware investieren“, erläutert Arne Rüting.

Robotics Lab: Roboter, FTS, Achsportale

In Partnerschaft mit RK Rose+Krieger entstand im Laufe des Jahres 2018 das sogenannte Robotics Lab: Eine moderne Infrastruktur aus Robotern unterschiedlicher Leistungsklassen, fahrerlosen Transportsystemen, leistungsfähigen Achsportalen, fortschrittlichen Fertigungs- und Handhabungssystemen sowie leistungsfähiger Steuerungs- und Messtechnik. RK Rose+Krieger lieferte zahlreiche Komponenten für das ca. 80 m² große Labor, darunter ein dreiachsiges Raumportal, ein zweiachsiges Flächenportal und einzelne Achsen.

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So sieht smarte Lineartechnik aus

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