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Automatisierungstechnik für den Mittelstand

Einleitung

An dem deutschen Mittelstand ist die Automatisierung bisher vorbeigegangen. Deshalb ist eine Automatisierungstechnik für die Fertigung von kleinen und mittleren Serien notwendig. Mit dem vorgestellten Automatisierungskonzept wird dazu von einem einzigen Roboter nacheinander eine Vielzahl von „Handgriffen“ in allen Gewichtsbereichen durchgeführt.

Dieses vor allem für den Mittelstand interessante Konzept ist nur durch den Einsatz eines neu entwickelten Formschlussgreifers (FSG) möglich geworden. Für die Entwicklung dieses Greifers wurde die inventions.de auf der AUTOMATICA 2008 von einem hochkarätigen Fachgremium mit einem Preis ausgezeichnet. Von der DLR gibt es außerdem eine positive Begutachtung.

Dieser Greifer erlaubt das Halten, Montieren und Verpacken von sowohl zerbrechlichen und empfindlichen Werkstücken (Keramiken, Glas, lackierten Teilen) als auch von schweren und robusten Werkstücken oder Werkzeugen durch einen einzigen Roboter. Die Form des Werkstückes kann sich dabei ändern, ohne dass ein Greiferwechsel notwendig ist. Der FSG greift schonender als eine Hand und kann bei gleicher Größe ein Vielfaches an Gewichten handhaben.

Die Backen des Greifers passen sich weich umschließend der Form der zu greifenden Gegenstände an und werden dann innerhalb kurzer Zeit reversibel hart. Der Greifer ist einfach und preiswert und benötigt keine besondere Sensorik.

Nach diesem Konzept wurden bereits Greifer für Güter von 1 g – 1000 kg gebaut.

Es müsste ein Unternehmen aufgebaut werden, das dem Mittelstand dieses Roboter-Aided Manufacturing (RAM) zur Verfügung stellt. Für den Aufbau dieses Unternehmens empfiehlt sich die Bildung eines Konsortiums aus interessierten Firmen. Das Unternehmen bietet ein standardisiertes Produkt an, das Roboter, Integration und Dienstleistung umfasst. So können schrittweise und schnell immer komplexere Automatisierungsschritte in eine bestehende Fertigung integriert werden.

Eine solche Möglichkeit zum Einstieg in die roboterunterstützte Fertigung gab es bisher für die über 300.000 mittelständischen Fertigungsbetriebe in Deutschland nicht.

In den Bereichen, in denen durch niedrigere Löhne im Ausland ein zunehmendes Abwandern der produzierenden Industrie erfolgt, unterstützt der Einsatz der FSG- und RAM-Technologie den Verbleib der Produktion in Hochlohnländern wie Deutschland.

2. Stand der Technik und Grundlagen für die Arbeit

Die bisherige Automatisierungstechnik arbeitet mit Greifsystemen, die in ihren „Handlungen“ durch die Form der zu greifenden Werkstücke oder Werkzeuge begrenzt sind.

Im Großserienbau ist die Anpassung des Greifers an die verschiedenen Formen der Werkstücke unausweichlich und auch möglich. Da aber während des Fertigungsprozesses die Form des Werkstücks sich verändert bzw. neue Werkstücke dazu kommen, müssen viele Greifvorgänge unabhängig und nacheinander organisiert werden. Jeder Automat wird in der Regel nur für einen oder wenige „Handgriffe“ im Produktionsprozess eingesetzt. Im Bereich der Robotertechnik werden entsprechend mehrere Roboter hintereinander geschaltet und durch Transportsysteme (Fließband etc.) vernetzt.

Mit der FSG-Technologie wird die Flexibilität und der schonende Griff der menschlichen Hand erreicht, darüber hinaus aber ein wesentlich festerer Griff ermöglicht.

Nachteile der menschlichen Hand:

• Begrenzte Haltefähigkeit der menschlichen Hand.
• Keine Arretierung des Griffs, was zu Ermüdung beim „Festhalten“ führt.
• Hohe Komplexität der Handbewegungen, die nur mit aufwendiger Sensorik unter optischer Kontrolle (Auge)möglich ist.

3. Beschreibung der Innovation

Die bisherige Ausführungsform des hier vorgestellten Formschlussgreifers (FSG) besteht aus drei Komponenten:

1. Backen, die schnell zwischen sehr weich und sehr hart wechseln können und das Werkstück bei der Aufnahme umfließen, um es dann hart werdend zu fixieren.
2. Einen oder zwei Halter für die Backen, die seitlich auf das Werkstück zu bewegt werden.
3. Den Verschiebemechanismus der Halter, der elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen kann.



4. Lösungsweg mit den notwendigen fachlichen Unterlagen und erläuternden Abbildungen

In den folgenden Abbildungen sind Lösungen dargestellt, die z. T. in Hardware realisiert worden sind. Zudem gibt es zwei CDs, die die verschiedenen Anwendungen in der Realität zeigen.

5. Gegenüberstellung der Innovation zum Stand der Technik

Die Vorteile des FSG-Konzepts:

• Flexibilität der Greifposition, unabhängig von der exakten Lage des Werkstücks.
• Geringer Anpressdruck auf die Backen von 0,5 – 1 bar, bei robusteren Werkstücken bis 2 bar.
• Schonender Umgang mit fragilen Werkstücken wie Keramiken und Gläsern.
• Kein Abnutzungsproblem der Membranen durch das Fehlen einer Relativbewegung zum Werkstück.

6. Darstellung der Vorteile bei der Nutzung in der praktischen Anwendung

Bezogen auf die bisher verwendeten Greifsysteme ergeben sich folgende Vorteile:

• Backengreifer: Punktförmige Belastung kann empfindliche Oberflächen beschädigen. Die FSG-Technologieerlaubt hingegen eine flexible Anpassung.
• Vakuumgreifer: Ungeeignet für unregelmäßige Oberflächen. FSG-Greifer können auch gebogene und unregelmäßige Werkstücke greifen.
• Bisherige Greifer mit gefrästen Backen: Hohe Kosten bei Änderungen. FSG passt sich automatisch jeder Form an.
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Die FSG-Technologie erlaubt eine effizientere Automatisierung in mittelständischen Betrieben, wodurch sich eine Implementierung wirtschaftlich rechnet.

Fazit

Der vorgestellte Formschlussgreifer (FSG) ermöglicht eine flexible, kosteneffiziente und vielseitige Automatisierung für mittelständische Unternehmen. Durch die innovative Technik kann der Mittelstand in Deutschland konkurrenzfähig bleiben und sich gegen Billiglohnländer behaupten.