Auf der AUTOMATICA 2008 stellten die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart erstmals den Care-O-bot® 3 vor.

Die Eigenschaften von Polyurethan-Werkstoffen ermöglichen sehr spezifische Oberflächenfunktionen. Dieses Potenzial kann man sich bei Robotern im Servicebereich zunutze machen. Der Service-Roboter Care-O-bot steckt in einer Hülle, die im Bereich der beweglichen Teile kaum Falten bildet. Die Polyurethanhaut besteht innen aus einem Weichschaumstoff und außen aus einem Dispersionsschlagschaum. Um der steigenden Nachfrage nach Servicerobotern Rechnung zu tragen, hat die Bayer Materialscience AG, Leverkusen, die globale Arbeitsgruppe „Robotics“ gegründet. Ziel ist es, diese Anwendung für funktionalisierte, hochwertige Polymerwerkstoffe zu erschließen. Werkstoffe speziell für Roboter So kooperiert der Werkstoffspezialist bereits in mehreren Projekten mit Schlüsselpartnern der Roboterbranche. Ein Beispiel dafür ist die aktuelle Version des Service-Roboters Care-O-bot, der Ende vergangenen Jahres im Rahmen der 21. Branchentagung „Schaumkunststoffe und Polyurethane“ in Würzburg mit einem Innovationspreis ausgezeichnet wurde. Ausschlaggebend dafür war die Hülle des Roboters. Sie besteht im Bereich der beweglichen Teile aus einer elastischen Haut, die bei Bewegungen des Roboters möglichst wenig Falten wirft. Bayer Materialscience hat diese Haut auf Basis von Polyurethanen (PUR) entwickelt. Die Vorgaben dazu kamen vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart, das den Roboter konzipierte. Dort hatte man sich die menschliche Haut zum Vorbild gemacht. Die Lösung besteht aus einer Werkstoffkombination mit zweischichtigem Aufbau. Auf dem sehr leichten, stark dehnbaren Weichschaumstoff Hypernova – so der Werkstoffspezialist – wurde der Dispersionsschlagschaum Impranil als eigentliche dünne, geschlossene Haut aufgebracht.

Hohes Anwendungspotenzial für funktionelle Kunststoffe
Diese PUR-Haut ist das Ergebnis einer gemeinsamen Entwicklung der Bayer-Materialscience-Geschäftsbereiche Polyurethanes und Coatings, Adhesives, Specialties sowie der Einheit New Business. Diese Einheit ist beim Werkstoff-Spezialisten für die Identifikation von Anwendungspotenzialen und Geschäftsmöglichkeiten verantwortlich. So wird bei Service-Robotern eine steigende Nachfrage für Haushalt, Kranken- und Altenpflege erwartet.
Als Grund hat man zwei Trends ausgemacht: den Wandel unserer Lebensweise sowie die Überalterung der Gesellschaft, die mit einem zunehmenden Mangel an Pflegekräften einhergehe. Das hat sich bereits in einer steigenden Anzahl dieser maschinellen „Gefährten“ niedergeschlagen.
Waren 2004 weltweit etwa 2 Mio. Service-Roboter in Privathaushalten tätig, kamen bis 2008 weitere 7 Mio. dazu. Diese Anzahl jedenfalls erwartete die Internationale Föderation für Robotertechnik bis Ende vergangenen Jahres.
Auf diese Entwicklung will Bayer Materialscience vorbereitet sein. Der Ansatz dazu steckt für den Kunststoff- und Kautschukhersteller in funktionalisierten Polymer-Werkstoffen wie der zweischichtigen PUR-Haut.

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für Roboter-Werkstoffe
Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Werkstoffe in der Robotik seien zahlreich. So spielt dort der Leichtbau mit Kunststoffen eine große Rolle. Je leichter ein Roboter ist, umso niedriger der Energieverbrauch. Folglich können Akkumulatoren länger ohne Wiederaufladen genutzt werden.
Funktionell bietet die PUR-Haut eine hohe mechanische Belastbarkeit. Sie ist resistent gegen gängige Reinigungsmittel und Alltagschemikalien. Dazu kommt laut Bayer Materialscience eine angenehme, weiche Haptik. Das Ergebnis sei funktionell und optisch ein sehr hochwertiges Produkt, bei dem Dicke, Dichte, Farbe und Oberflächenstruktur in weiten Grenzen variiert werden könne – wie beim Baukastenprinzip.

Roboterarm von Schunk entwickelt
So wurde die Elastizität der PUR-Haut so „eingestellt“, dass sich bei Bewegungen des Arms kaum Falten bilden. Für die Entwicklung von Arm und Greifer war die Schunk GmbH & Co. KG, Lauffen am Neckar, verantwortlich.
Die Werkstoffkombination auf PUR-Basis wurde von Bayer Materialscience zum Patent angemeldet. Heute hat der Roboter einen so  hohen Entwicklungsstand erreicht, dass er sich sicher unter Menschen bewegen und einfache Transportaufgaben erledigen kann. Das zeigte er bei der Eröffnung des Fraunhofer-in-Haus-Zentrums in Stuttgart.

Josef Kraus

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Präzisiertes, lückenloses Wechselspiel: Der Roboter platziert einen mit Motoren gefüllten Werkstückträger für den Fertigungsdurchlauf auf die Fördertechnik.

Bosch Automotive Electronics entwickelt in seinem Werk in Reutlingen Steuerungseinheiten für elektrische Servolenkungen. Maßgefertigte Werkstückträger von SSI Schäfer dienen dabei als Garant für einen geschlossenen Fertigungs- und Lieferkreislauf. Steuerungseinheiten für elektrische Servolenkungen sind qualitativ hochwertige Komponenten. Daher setzt Bosch Automotive Electronics, Reutlingen, für den Transport und den Fertigungsdurchlauf maßgeschneiderte Werkstückträger ein. Diese bieten den wertvollen Bauteilen allen erforderlichen Schutz und ermöglichen ein durchgängiges automatisches Handling durch Roboter. 25000 Werkstückträger für Just-in-Sequence Die entwickelten und produzierten Werkstückträger, von denen insgesamt 25000 im Einsatz sind, gewährleisten einen zeit- und kostensparenden Just-in-Sequence-(JIS-)Kreislauf der Komponenten zwischen drei Werken. Seit 1964 fertigt, entwickelt und vertreibt Bosch am Standort Reutlingen Mikroelektronik für den Einsatz in Fahrzeugen. Dabei stellt das Werk 2 in Reutlingen Steuereinheiten für elektrische Lenkgetriebe her, die nunmehr in der dritten Generation als ESL-3 (elektrische Servolenkung) seit Frühjahr 2008 unter anderem in allen Pkw der Golf-V-Plattform eingebaut werden. Im Rahmen eines akribisch getakteten Liefer- und Wertschöpfungskreislaufs sind drei Werke an der Fertigung der Steuereinheiten – Powerpacks genannt – beteiligt: Das Bosch-Werk Hildesheim ist zuständig für die Motoren, das Bosch-Werk Reutlingen für die elektronische Steuereinheit und den Zusammenbau der Komponenten zum Powerpack und das Werk Bietigheim-Bissingen von ZF-Lenksysteme (ZFLS) für den Einbau in das Lenksystem.

Neuer Lieferkreislauf erfordert Hightech-Werkstückträger
Mit der neuen Generation der ESL-3-Lenkung entstand nun die Anforderung, die Motoren vom Werk Hildesheim nach Reutlingen und die kompletten Powerpacks zu ZFLS in einem Behältnis zu transportieren. Darüber hinaus sollten alle Befüll- und Entnahmevorgänge automatisiert werden. Ziel war es, die Abläufe zu straffen und statt der bisher erforderlichen zwei Kreisläufe einen geschlossenen Just-in-Sequence-Versorgungskreislauf zu realisieren.
Voraussetzung für das neue Konzept waren geeignete Behälter, die den sicheren Transport der hochwertigen Komponenten während des gesamten JIS-Kreislaufs gewährleisten.

Neben Stabilität, Festigkeit und Formtreue ist die Präzision verlangt, automatische Fertigungsabläufe und Roboterhandling-Prozesse für die Vereinzelung und die Bestückung der Lenkgetriebemotoren mit den Steuereinheiten im Werk Reutlingen durchlaufen zu können. Pro Behälter sollten zwölf der je 4,5 kg schweren Steuereinheiten stehend transportiert werden.

Werkstückträger sind individuelles Hightech-Produkt
Selbst ein in allen Behälterfragen erfahrenes Unternehmen wie SSI Schäfer konnte bei diesem Projekt nicht einfach „ins Regal greifen“. Vielmehr handelt es sich bei dem für Bosch konzipierten Werkstückträger um ein individuelles Hightech-Produkt, das ohne Kompromisse auf die hochspezifischen Anforderungen zugeschnitten ist.
Die Komplexität des Projektes wird bereits durch den Zeitrahmen der gesamten Realisierung deutlich. So wurde schon im Frühjahr 2007 und damit ein Jahr vor dem SOP (Start of Production) mit den ersten Designarbeiten begonnen.

Entwicklung der Werkstückträger allein dauerte sechs Monate
Die Entwicklungsphase vom Lastenheft bis zum fertigen Modell hat mehr als sechs Monate beansprucht, da unter anderem immer wieder Anpassungen an die Produkte erfolgen mussten. Zudem wurde im VDZ- Prüfzentrum für Verpackung und Transport in Dortmund ein Schwingversuch durchgeführt, bei dem auf einem Shaker die Fahrstrecke von Hildesheim nach Reutlingen simuliert wurde. So konnte realitätsnah getestet werden, ob die Powerpacks auch bei Erschütterungen fest in den vorgesehenen Nestern im Behälter bleiben, und bis zum optimalen Ergebnis nachjustiert werden.
Darüber hinaus muss der Werkstückträger Belastungen bis zu 10 g aushalten. Die anschließende Werkzeugbauphase beanspruchte vier Monate und die darauf folgende Modifizierungsphase für Änderungen nochmals sechs Wochen, so dass in diesem speziellen Fall die komplette Behälterentwicklung bis zur Serienreife ein Jahr erforderte.

Stabilität und Sicherheit für empfindliche Komponenten
Entsprechend der Vorgabe, die Komponenten stehend transportieren zu können, wurde die Höhe der Werkstückträger von den sonst üblichen bis zu 150 mm auf 255 mm ausgebaut. Damit jeder der zwölf Powerpacks millimetergenau in jedem Formnest sitzt, war eine entsprechende Zentrierung erforderlich.

Über eine auf der inneren Unterseite aufgebrachte Verrippung wurde der Boden stabilisiert. So konnten trotz der hohen Zuladung von rund 60 kg die Werkstückträger mit einem einfachen Boden realisiert werden, was erhebliche Kosten sparte. Zudem wird der Behälter in nur einem Fertigungsschritt im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt. Er ist aus einem Stück und benötigt keinen separaten Einsatz, was die Kosten reduziert und das automatische Handling erleichtert.

Werkstückträger lassen sich durch Zentrierdome sicher stapeln
Zentrierdome ermöglichen sicheres Stapeln der Werkstückträger und verhindern Durchbiegungen, was die eingestellten Produkte schützt. Da die Powerpacks das Werk Reutlingen funktionsgeprüft verlassen, wäre jegliche Beschädigung ein K.-o.-Kriterium.
Daher sorgt auch ein ESD-Schutz (electrostatic discharge = elektrostatische Entladung) für elektrostatische Ableitung. Darüber hinaus sind die aus Polypropylen gefertigten Werkstückträger für das automatische Handling durch Roboter mit Zentrierbohrungen, Hubtaschen und Codierungen für die eindeutige Bestimmung der Laufrichtung ausgestattet.

Geschlossener Kreislauf durch Werkstückträger ermöglicht
Mit all diesen Eigenschaften und Ausstattungsmerkmalen ist der Behälter für den Transportkreislauf der Motoren, den Fertigungsdurchlauf der Powerpacks sowie deren Anlieferung am Zielort optimal geeignet. Hierbei kann man als „signifikanten Vorteil“ werten, dass mit dem Werkstückträger ein geschlossener Kreislauf mit insgesamt drei Produktions- und Wertschöpfungsstufen automatisch geleistet wird.
Die Erfahrungswerte mit den Behältern sind sehr gut, es gab keinerlei Probleme. Der komplette, werks-übergreifende Kreislauf, in dem rund 25000 Werkstückträger im Einsatz sind, funktioniert seit nunmehr einem Jahr einwandfrei.
Vorteile des „Ein-Kisten-Modells“: Die geschlossene Kette erspart Material- und Leergutkreisläufe und hilft, Geld zu sparen. Bestes Indiz für das Vertrauen in die Kompetenz von SSI Schäfer ist der Folgeauftrag für ein Projekt für Werkstückträger einer weiteren Generation von größeren Steuereinheiten.

Thomas Jettkant
Thomas Jettkant ist Vertriebsleiter Kästen und Behälter bei der SSI Schäfer Fritz Schäfer GmbH in 57290 Neunkirchen.

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Folien- und Papiersauggreifer eignen sich besonders für das Handling von Blisterverpackungen für Pharma- und Nahrungsmittel- ergänzungsprodukte mit ihren oft extrem dünnen Verschlussfolien.

Die Prozesssicherheit beim vollautomatischen Handling von Blisterpacks hängt vom zuverlässigen Greifen der Verpackung ab. Optimal geeignet sind dafür Vakuum-Sauggreifer, zumal es für verschiedene Aufgaben und Verpackungen jeweils passende Sauggreifer gibt. Die Vorteile von Blisterpacks sind hinreichend bekannt – deren Nachteile aber auch. Zu den Vorteilen zählen der sehr gute und hygienische Produktschutz, die Präsentationsmöglichkeit des Produkts und die Übersicht über den Befüllungsgrad. Nachteilig dagegen sind zum Beispiel die oftmals zerklüfteten und damit greifkritischen Oberflächen der Blisterpacks, die im Pharmabereich verwendetet extrem dünnen Verschlussfolien sowie die Empfindlichkeit der als Display und zur Produktpräsentation genutzten Design-Oberflächen. Konventionelle mechanisch-pneumatisch-elektrische Greifer stoßen daher beim Produkthandling häufig an Grenzen: Bei dynamischen Handhabungsprozessen ist der sichere Griff oft nicht gewährleistet. Zudem wirkt sich das Handling mit herkömmlichen Greifern negativ auf Taktzeiten und Ausstoß der Folien- oder Blisterverpackungsmaschine aus. Eine Alternative zu konventionellen Greifern sind Vakuum-Sauggreifer, wie sie der Vakuum-Spezialist J. Schmalz GmbH in Glatten herstellt. Entsprechend der Anforderungen beim Verpacken und Handhaben von Blistern – und eben den zu verpackenden Produkten – unterscheidet Schmalz drei Kategorien: Pharma- und Nahrungsmittelergänzungsprodukte (Blister mit Verschlussfolie), Konsum- und Verbrauchsproduktgüter (Blister mit Verschlusskarte aus Karton oder Kunststoff), anderweitige Konsum- und Gebrauchsgüter (Doppelblister mit oberer und unterer Blisterschale).

Folien- und Papiersauggreifer – die Empfehlung für den Pharmabereich
Bei Pharma- und Nahrungsmittelergänzungsprodukten mit ihren meist extrem dünnen Verschlussfolien ist es wichtig, dass diese nicht eingesaugt und keinesfalls beschädigt werden – weder beim Ansaugen noch beim schnellen Handling. Für solche Aufgaben ausgelegt sind nach Angaben von J. Schmalz die Vakuum-Sauggreifer der Baureihe SGP aus den Werkstoffen Silikon (SI) und Naturkautschuk (NK). Für das schnelle und sichere Ansaugen von Folien oder Papier sorgen weiche Saugermaterialien, die spezielle Konstruktion mit Abstützung im Innenraum des Sauggreifers und dünn auslaufender Dichtlippe sowie der äußerst geringe Hub. Beim Greifen des Werkstücks entsteht keine bleibende Verformung.

Balgsauggreifer für den universellen Einsatz
Bei Konsum- und Verbrauchsgütern, die höchst unterschiedlichste Blisterpacks mit oder ohne Blisterpapier, Blisterkarton oder Blisterkunststoffplatte benötigen, kommen bevorzugt universell nutzbare Vakuum-Balgsauggreifer der Baureihe FGA/FG zum Einsatz. Die Balgsauggreifer FGA/FG sind aus den Werkstoffen Perbunan (NBR), Naturkautschuk (NK), Silikon (SI) oder PVC gefertigt und kombinieren hohe Flexibilität und maximale Standzeit. Der Werkstoff Perbunan ist  sehr verschleißfest. Der Werkstoff Naturkautschuk passt sich sehr gut an raue Oberflächen an und lässt sich gut abdichten. PVC schließlich steht für extreme Flexibilität und hohe Standzeiten selbst beim Handhaben von Produkten mit abrasiv wirkenden Oberflächen.

Doppelblister kommen beim Handling hochtransparenter Verkaufsverpackungen zum Einsatz
Bei anderweitigen Konsum- und Gebrauchsgütern sind ebenfalls höchst unterschiedliche Blister- bzw. Displayblister-Ausprägungen die Regel. Für diese Aufgaben hat Schmalz drei passende Familien an Vakuum-Sauggreifern im Programm: Balgsauggreifer rund FGA/FG, Flachsauger rund PFG und Flachsauger oval SGO, alle aus dem abdruckarmen und hitzebeständigen Werkstoff HT1.
Die Anforderungen an Doppelblister sind sehr hoch was Transparenz und Form der hochglänzenden Blisterschalen anbelangt. Deshalb muss die Handhabung abdruckfrei erfolgen, um bei den durchsichtigen Oberflächen eine „saubere“ Präsentation und damit eine uneingeschränkte Verkaufsfähigkeit der Produkte zu gewährleisten. Daher bestehen die Sauggreifer dieser Baureihe aus dem silikonfreien, hitzebeständigen und verschleißarmen Saugerwerkstoff HT1, der als abdruckarm zertifiziert ist. Die Sauggreifer gibt es im Durchmesserbereich von 5 mm bis 53 mm oder als Ovalsauger im Größenbereich von 4 mm x 2 mm bis 75 mm x 25 mm.

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Der Auftragseingang im deutschen Maschinenbau sinkt weiter, aber nicht mehr so stark wie in den vergangenen Monaten. Daten: VDMA

Für den deutschen Maschinenbau geht es weniger stark abwärts: Der Auftragseingang lag im März 2009 um 35% unter dem Ergebnis des Vorjahres. Das Inlandsgeschäft sank um 41%, die Auslandsnachfrage um 32% im Vergleich zum Vorjahresniveau, wie der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) Ende April in Frankfurt am Main mitteilte. Laut VDMA gibt es aber keinen Grund zur Entwarnung. Im Dreimonatsvergleich Januar bis März 2009 ergibt sich insgesamt ein Minus von 42% im Vorjahresvergleich, bei den Inlandsaufträgen ein Minus von 39% und bei den Auslandsaufträgen ein Minus von 43%. Auftragseingang aus dem Ausland steigt im Monatsvergleich „Das Vorjahresniveau der Maschinenbauorders wurde im März 2009 abermals drastisch verfehlt“, kommentierte VDMA-Chefvolkswirt Dr. Ralph Wiechers das Ergebnis. Im Verlauf konnte im Auslandsgeschäft das Niveau der Vormonate Dezember 2008 bis Februar 2009 erstmals leicht übertroffen werden, wie der Verband berichtet. Ein Grund zur Entwarnung sei das allerdings nicht: „Ein einzelner Monatswert ist im Maschinenbau mit seinen kräftigen Ausschlägen viel zu fragil für eine Trendaussage. Außerdem kommen im Vorjahresvergleich Kalendereffekte dazu: Weil Ostern 2008 im März, 2009 im April lag, dürften beide Monatsergebnisse - das aktuelle und das kommende, verzerrt sein“, sagte Dr. Wiechers.

Keine Trendwende für einzelne Maschinenbau-Sparten
„Bei den einzelnen Fachzweigen gab es im Dreimonatsvergleich nur bei den Aufzügen und Fahrtreppen ein einstelliges Minus“, sagte VDMA-Konjunkturexperte Olaf Wortmann im Gespräch mit MM Maschinenmarkt. Eine Trendwende sei damit auch für einzelne Sparten nicht zu erkennen.

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