Interview Herr Brodtmann, VDMA Quelle Webcast: www-maschinenmarkt.vogel.de Thilo Brodtmann, VDMA: „In der professionellen Service-Robotik gehen die Zahlen deutlich nach oben. Auch auf der AUTOMATICA 2010 werden im Bereich Service-Robotik mit einer Sonderschau zeigen, was da heute machbar ist – und das stimmt hoffnungsvoll, auch hinsichtlich der Umsätze, die in diesem Bereich noch zu generieren sein werden.“

Die Robotik und Automatisierungstechnik gehörten in den vergangenen Jahren zu den Wachstumstreibern des deutschen Maschinenbaus. Über die wirtschaftliche Lage der Branche und die Aussichten für das Jahr 2009 unterhielt sich MM-Redakteurin Claudia Otto  mit Thilo Brodtmann, Hauptgeschäftsführer des VDMA-Fachverbandes Robotik + Automation. Herr Brodtmann, der Bereich Robotik und Automation hat sehr gute Jahre mit zweistelligem Wachstumsraten hinter sich. Wie ist rückblickend das Jahr 2008 verlaufen? Brodtmann: Das kann man sehr schnell sagen. Das Jahr 2008 war das Rekordjahr der Branche. Wir haben in den letzten drei Jahren um 35% im Umsatz zugelegt und speziell im Jahr 2008 noch mal um 13% auf dann über 9,3 Mrd. Euro. Das markiert wirklich einen Meilenstein für unsere Branche. Welche Auswirkungen hat die Automobilkrise auf die Montage-, Handhabungs- und Robotertechnik? Brodtmann: Von dem Rekordjahr 2008 war der freie Fall zum Jahr 2009 sehr extrem. Wir haben zur Jahreswende maßgeblich weniger Auftragseingänge verbuchen können - im Wesentlichen aus der Automobilindustrie, weil dort die Krise besonders  heftig eingeschlagen ist. Das heißt dann im Umkehrschluss, dass bei 50% Abhängigkeit von der Automobilindustrie auch für uns die Perspektiven schlechter aussehen. Folglich müssen wir davon ausgehen, dass wir in diesem Jahr mit einem Umsatzrückgang von 20% konfrontiert werden, was uns auf das Level des Jahres 2006 zurückwirft. Gerald Mies, Deutschlandchef von Fanuc Robotics, rechnet für 2009 mit einem deutlichen Rückgang bei den Roboterauslieferungen. Minus 10% sollen es im eigenen Hause sein. Ist diese Zahl übertragbar auf die gesamte Branche oder welche Prognose hat der VDMA für das laufende Jahr? Brodtmann: Angesichts der gerade erwähnten Abhängigkeit auch von der Automobilindustrie wird sehr viel davon abhängen, ob diese im Laufe des Jahres, damit beginnt, verschobene Projekte nachzuholen. Insofern gibt es eine gewisse Unsicherheit, wie sich das Geschäft in der Robotik in nächster Zeit entwickeln wird. Wir gehen allerdings für die Robotik insgesamt - also für die Maschinenhersteller wie für die Systemintegratoren - davon aus, dass durchschnittlich es 2009 zu einem  Rückgang beim Umsatz von 20% kommen wird.

Wo sehen Sie branchenbezogen aktuelle Wachstumsmärkte für die Robotik und Automation?
Brodtmann: Das ist, wo sich die Automobilindustrie derzeit so schwer tut, logischerweise die General Industry, also alles, was nicht zur Automobilindustrie gehört. Wir sehen in der Photovoltaik, im Bereich der Medizintechnik, bei Kosmetik und Pharma nach wie vor deutliche Wachstumschancen. Allerdings liegt der Anteil der General Industry hier zwischen 40% und 50% und kann somit das Ruder nicht ganz herumreißen.

Viel ist die Rede von Mobilrobotern, autonomen Robotern oder Service-Robotern. Der Internationale Robotik-Verband IFR sagt ihnen enorme Zuwachsraten voraus. Kritiker halten dies jedoch eher für einen Wunschtraum. Was ist nun richtig?
Brodtmann: Das kommt auf den Anwendungsfall an. Aber generell kann man schon sagen, dass die Service-Robotik vor einem gewissen Durchbruch steht. Wir haben dort sehr hohe Wachstumszahlen, wobei uns natürlich als VDMA eher die professionelle Service-Robotik interessiert, weniger die im Spielzeugbereich befindlichen Applikationen. In der professionellen Service-Robotik gehen die Zahlen deutlich nach oben. Auch auf der AUTOMATICA 2010 werden wir im Bereich Service-Robotik mit einer Sonderschau zeigen, was da heute machbar ist - und das stimmt hoffnungsvoll, auch hinsichtlich der Umsätze, die in diesem Bereich noch zu generieren sein werden.

Herr Brodtmann, vielen Dank für das Gespräch.

Redaktion: Jürgen Schreier und Claudia Otto

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Dr. Norbert Stein, VDMA: "Die AUTOMATICA 2010 wird ideal positioniert sein. Wir werden bis dahin - hoffentlich, aber wir gehen alle fest davon aus - die Krise im Wesentlichen überwunden haben und dann wieder in ansteigenden Wachstumsphase sein. Ein idealer Zeitpunkt für eine Messe." Bild: Schreier

Mit dem Vorstandsvorsitzenden der VDMA-Fachgemeinschaft Robotik + Automation, Dr. Norbert Stein, sprach MM-Redakteurin Claudia Otto über die aktuelle Konjunktursituation, die AUTOMATICA 2010 und technische Zukunftstrends in der industriellen Bildverarbeitung. Herr Dr. Stein, die industrielle Bildverarbeitung hat eine lange Wachstumsphase hinter sich. Wie fällt die Bilanz für das Jahr 2008 aus und wie die Prognose für 2009? Dr. Stein: 2008 war für die Bildverarbeitung ein sehr gutes Jahr. Wir hatten 5% Wachstum, wenn auch weniger als wir in den langen Jahren davor. Allerdings kommt jeder Markt einmal in die Phase, in der die Wachstumsraten nicht mehr jedes Jahr zweistellig sind. Doch mit 5% waren wir angesichts der Delle am Jahresende sehr gut dabei. 2009 wird ein sehr schwieriges Jahr für die Bildverarbeitung. Das zeichnet sich schon jetzt ab. Wir hatten im ersten Quartal einen noch nie dagewesenen Einbruch um 48% im Auftragseingang. Wir rechnen, basierend auf diesen Zahlen, für das Gesamtjahr mit einem Umsatzeinbruch von 30%. Wir sehen das aber als kurzfristigen Trend und glauben, dass wir uns ab 2010 langsam wieder an die alten Zahlen  heranarbeiten können. Gut ein Jahr ist es noch hin bis zur nächsten AUTOMATICA im Juni 2010. Trotz Krise ist die Messe, die vom VDMA unterstützt wird, bereits jetzt gut gebucht. Warum muss man sich diesen Termin als Aussteller beziehungsweise als Besucher dick im Kalender anstreichen und welche Impulse wird Ihrer Meinung nach die AUTOMATICA 2010 bringen? Dr. Stein: Die letzten drei AUTOMATICAs waren ein großer Erfolg, und die nächste in 2010, also in gut einem Jahr, wird ideal positioniert sein. Wir werden bis dahin - hoffentlich, aber wir gehen alle fest davon aus - die Krise im Wesentlichen überwunden haben und dann wieder in ansteigenden Wachstumsphase sein. Ein idealer Zeitpunkt für eine Messe, ganz besonders für eine Automatisierungsmesse wie die AUTOMATICA! Denn dann kommen unsere Kunden, um sich zu informieren über neue Möglichkeiten, wie sie ihre Prozesse optimieren, die Qualität verbessern und wie sie kostensparend produzieren können. Also vom Timing her ist die AUTOMATICA 2010 optimal. Wir, als Aussteller, freuen uns natürlich auf die AUTOMATICA 2010 und gehen gerne auf diese Messe, weil wir dort unsere Kunden treffen, weil wir mit dem Kunden über unsere Innovationen sprechen können. Wir nutzen die Chance, die wir zurzeit haben mit der kleinen Konjunkturdelle, wenn man das so sagen darf, für Neuentwicklungen. Und mit diesen neuen Produkten werden wir dann auf der AUTOMATICA 2010 präsent sein. Von daher sind wir sehr optimistisch, dass die nächste AUTOMATICA ein noch ein größerer Erfolg sein wird als die AUTOMATICA 2008.

Herr Dr. Stein, Kameras werden immer schneller bei einer höheren Auflösung. Hält die Peripherie - speziell die Schnittstellen und die Busse - mit dieser Entwicklung Schritt? Und wie gehe ich als Anwender damit um?
Dr. Stein: Seit 25 Jahren bin ich nun in der industriellen Bildverarbeitung mit der Firma Vitronic vertreten. Am Anfang hatten wir noch analoge Schnittstellen. Da stellte sich diese Frage noch nicht, denn die Kameras waren noch nicht so schnell. Seit dieser Zeit haben wir eine ganze Reihe von unterschiedlichen Schnittstellen gehabt und wir sind heute mit GigE soweit, dass wir bei allen Kameras, die auf dem Markt sind, die Daten schnell genug in den Rechner bringen können.

Bildverarbeitungskameras werden intelligenter, die Software immer bedienungsfreundlicher. Wann kommt der Optikbaustein, der es dem Anwender ermöglicht, seine Lösung komplett selbst zu konfigurieren?
Dr. Stein: Modulare Bildverarbeitungssysteme gibt es ja bereits. Der Markt dafür ist auch im Wachsen begriffen - von den einfachsten Systemen, den Vision-Sensoren bis hin zu komplexeren Systemen. Dennoch wird auf absehbare Zeit, ich würde sogar behaupten für immer, Systeme geben, die vom Hersteller konfiguriert werde. Das hängt damit zusammen, dass die Anforderungen an die Systeme sehr unterschiedlich sind. Für Standardanforderungen wird es konfigurierbare Systeme geben. Aber  wenn der Kunde sehr spezifische Wünsche hat, dann wird auch das Bildbearbeitungssystem sehr spezifisch sein. Von daher haben wir beides und werden dies auch in Zukunft haben. Wir haben 2008 gesehen, dass dieser Anteil der konfigurierbaren Systeme und der Einfach-Systeme zwar wächst, dass aber auch die komplexen Systeme weiterhin ein Wachstum aufweisen werden.

Wie bringt der Fachverband Bildverarbeitung im VDMA sich in die Standardisierung der internationalen Bildverarbeitungsstandards ein?
Dr. Stein: Nun, indem wir versucht haben, möglichst international zu werden - und zwar sehr erfolgreich. Wir haben die European Machine Vision Association (EMVA) ins Leben gerufen, den Europäischen Fachverband für Industrielle Bildverarbeitung, der von der Geschäftsstelle in Frankfurt am Main betreut wird. Im EMVA haben wir die Standardisierungsfragen gebündelt. Das heißt, wir haben das nicht nach Europa verlagert, sondern sind in Sachen Standardisierung selbst aktiv dabei auf europäischer Ebene. Ich denke, das macht Sinn, weil wir mit wenigen Partnern arbeiten. Es gibt ein Europa, wir sprechen für ein Europa so wie unser Partnerverband in den USA, der AIA, für ganz Amerika spricht.

CMOS-Sensoren werden in der Kameratechnik zunehmend zu einer Konkurrenz zu den etablierten CCD-Elementen. Welchen Vorteil bringen die neuen Sensoren dem Anwender?
Dr. Stein: Der Einsatz von CMOS-Sensoren ist seit vielen Jahren im Steigen. Jetzt kommt langsam der Durchbruch - und der Durchbruch hat seine Berechtigung. CCD-Sensoren waren über lange Zeit technisch überlegen. Das ist nicht mehr in allen Bereichen so. Die CMOS-Technik eignet sich sehr gut dafür, um großflächige Sensoren herzustellen. Sie können günstiger hergestellt werden und haben teilweise auch bessere technische Eigenschaften. Sehr wichtig in der Bildverarbeitung ist zum Beispiel der Dynamikumfang. Wir setzen gerade in der Verkehrstechnik, also im Freien, CMOS Sensoren ein, weil sie einen deutlich größeren Dynamikumfang haben als CCDs. Will heißen, sowohl in der Sonne als auch im Schatten liefern sie Bildanteile, während CCD-Sensoren hier oft Probleme haben. Für sehr beleuchtungskritische Anwendungen eignen sich bestimmte CMOS-Sensoren - jedoch nicht alle - wesentlich besser als herkömmliche CCDs. Außerdem gibt es CMOS-Sensoren, die auf kostengünstige Herstellung optimiert sind, was es uns wiederum ermöglicht, preiswerte Kameras herzustellen, die ähnlich leistungsfähig sind und trotzdem deutlich weniger kosten als CCD-Kameras. Das heißt, wir haben ganz unterschiedliche Aspekte: Auf der einen Seite sehr kostengünstige Lösungen mit CMOS-Sensoren, auf der anderen Seite technisch sehr ambitionierte Lösungen mit CMOS Sensoren. Die Vielfalt macht´s.

Herr Dr. Stein, vielen Dank für das Gespräch.

Redaktion: Udo Schnell und Claudia Otto

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Bosch in Australien fertigt und prüft Funkschlüssel für Fahrzeuge im 3-Schicht-Betrieb auf einer Desktop-Factory-Anlage von Rexroth. Bild: Rexroth

Neue Varianten, Modifikationen oder Stückzahlschwankungen sind bei der Fertigung von Funkschlüsseln kein Problem mehr. Das eingesetzte modulare Montagesystem Desktop Factory bietet eine hohe Flexibilität, so dass in kurzer Zeit, bei gleichzeitig reduzierten Kosten, auf Forderungen des Markts reagiert werden kann. UDO SCHWARZE Dipl.-Ing. Udo Schwarze ist Leiter Kundenlösungen bei der Bosch Rexroth AG, Linear Motion and Assembly Technologies, 70442 Stuttgart, Tel. (07 11) 8 11-2 28 94, Fax (07 11) 8 11-3 34 75, udo.schwarze@boschrexroth.de Wer heute ein Auto aufschließt, hat in vielen Fällen einen von Bosch Australia Pty. Ltd. in Clayton, im australischen Bundesstaat Victoria, gefertigten Funkschlüssel (Remote Key) in der Hand. Wenn alle 7 s ein Schlüssel gefertigt wird, dann erfolgt dies auf Basis anspruchsvoller Fertigungsprozesse wie Hochfrequenztest, Laserbeschriftung und Qualitätskontrolle per Bildverarbeitung. Statt herkömmlicher Lösungen, die hohe Investitionen und viel Platz zur Fertigung der kleinen Türöffner erfordert hätten, suchte Bosch Australien nach einem neuen Konzept und fand es in Desktop Factory (DTF) von Rexroth (Bild 1). Das für die Anlagenplanung zuständige Team erkannte schnell die Vorteile. So konnte, insbesondere durch die einfache Integration der kompletten, vorkonfigurierten Hochfrequenzprüfeinheit auf einem nur 220 mm breiten DTF-Modul (Bild 2), der Zeitaufwand für den Anlagenaufbau um rund ein Drittel reduziert werden. Gleichzeitig verringerte sich das Investitionsvolumen um etwa 15%. Desktop Factory ist ein neues Montagesystem von Rexroth. Umgesetzt wird die Idee anhand von Standardzellen mit miniaturisierten Prozesseinschüben, die eine einheitliche Plattform für die Montage bereitstellen (Bild 3). Die einbaufertigen Einheiten, zu denen auch die von Bosch Australien genutzte Hochfrequenzprüfeinheit zählt, lassen sich dank des Baukastens mit wenig Konstruktionsaufwand und dennoch hoher Planungssicherheit schnell zu einer Produktionsanlage zusammenstellen.

Montagesystem hat standardisierten Aufbau
Der standardisierte Aufbau war für das Bosch-Team einer der wichtigsten Gründe, das DTF-Konzept einzusetzen. Das Produktionssystem ist mit seinem geringen Platzbedarf wie geschaffen für eine kurze Taktzeit von 7 s und die Fertigung der relativ kleinen Schlüssel. Dass die gesamte Grundausrüstung des DTF in ESDAusführung erhältlich ist, war ein weiteres Entscheidungskriterium. Elektrostatische Entladungen werden daher vermieden und sind somit kein Thema bei der Fertigung der Funkschlüssel im 3-Schicht-Betrieb.
Bosch Australien setzt die automatische DTF-Anlage mit Werkstückträger-Umlaufsystem ein (Bild 4). Das verkürzt die Transportwege innerhalb der Montage und reduziert deutlich die Anzahl der Bauteile im Prozess. Die Anlage besteht aus sechs Stationen. Zunächst werden die Elektronikeinheiten geladen und zum Einlegen in die Werkstückträger um 90° gedreht. Auf dem nächsten DTF-Modul erfolgt eine Prüfung in einer hochfrequenzdichten Kammer, gleichzeitig wird ein fertig getestetes Teil entnommen. Die hohe Transparenz des Systems zeigt sich in jeder einzelnen Station. So werden beispielsweise während des Hochfrequenztests bewertete Schlechtteile sofort nach hinten ausgeschleust und können auf einer Leerstation bearbeitet werden. Die Montage-Verantwortlichen wissen jederzeit, wo und was montiert wird, und können alle Einzelprozesse genau nachverfolgen.
Desktop Factory wächst mit seinen Aufgaben und lässt sich bei veränderten Marktanforderungen leicht anpassen. Deshalb spielen spätere Stückzahlschwankungen und Produktänderungen bei der Erstinvestition keine Rolle. Den Anfang machten sieben Varianten des Schlüssels, inzwischen werden zehn Varianten produziert.

Bildverarbeitung überprüft Variantennummer
Die Laser- und Vision-Station erreichen nur die im Hochfrequenztest als gut bewerteten Teile, die dort vom Werkstückträger genommen und gedreht werden. Ein CO2-Laser trägt dann Variantennummer und -symbol, Datum sowie Soft- und Hardwarenummer auf. Weil der Laser im infraroten Bereich arbeitet, wird der Strahl von einer transparenten Schutztür, die ebenfalls aus dem Rexroth-Produktprogramm stammt, absorbiert. Somit besteht für die Mitarbeiter keine Gefahr durch die Strahlung. Anschließend werden in der gleichen Station Variantennummer und -symbol anhand einer Bildverarbeitung überprüft, bevor die Teile wieder auf den Werkstückträger gelegt werden. In der abschließenden Entladestation werden die fertigen Funkschlüssel nochmals gedreht und dann an die Palettierung übergeben.
Reduzierte Investitionskosten, geringer Platzbedarf und das einfache Anpassen der Anlage an sich ändernde Stückzahl-Anforderungen waren für Bosch Australien ausschlaggebend dafür, Desktop Factory einzusetzen. Zudem bietet der Modulbaukasten den finanziellen Vorteil des stufenweisen, risikolosen Ausbaus der Anlage: Damit lassen sich die Gesamtkosten, im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen, um bis zu 30% senken.
Gehen die Stückzahlen zurück, können natürlich die Basiskomponenten der Prozessmodule für andere Produkte wiederverwendet werden. Der finanzielle Vorteil durch die Wiederverwendung der Prozessmodule kann bei konsequenter Nutzung des DTF-Konzepts bis zu 80% betragen. Statt der Integration individueller Lösungen bei herkömmlichen Anlagen können Anwender jetzt bei DTF auf einen ausgereiften und getesteten Prozess zurückgreifen. Der Aufwand bei der Stückzahlanpassung verringert sich deutlich und das Risiko, bei einer Nachrüstaktion womöglich vorübergehend nicht lieferfähig zu sein, geht gegen null.

Neue Module parallel zur Fertigung testen
Selbst dann, wenn gänzlich neue Prozesse in die Anlage zu integrieren sind, profitieren die Australier von Desktop Factory. In der Vergangenheit bestand ein großes Problem darin, bei Erweiterungen und Modifikationen neue Prozesse zu etablieren und verfügbar zu machen. Mit dem DTF-Konzept bietet sich nun die Möglichkeit, neue Module außerhalb der Anlage und somit parallel zur eigentlichen Fertigung zu testen. Ist der jeweilige Prozess abgestimmt, können das neue Modul in die Anlage integriert und sofort einige Musterteile darauf gefertigt werden. Danach lässt sich die Produktion mit relativ wenig Aufwand wieder auf das konventionelle Produkt zurückstellen. Diese Möglichkeit bietet Flexibilität und der Produktionsausfall wird minimiert.
Überzeugt vom DTF-Montagekonzept setzt man bei Bosch Australien den Rexroth-Modulbaukasten auch in einem weiteren Projekt ein. Bei der Produktion eines Lenkwinkelsensors konnte durch Desktop Factory der Flächenverbrauch in zwei Linien um rund 30% und in einer weiteren Linie sogar um 40% reduziert werden.

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Die neue Fertigungslinie von Chery Automobile wurde mit dem Feederplus, einem Linearroboter-System, automatisiert. Bild: Strothmann

Das Linearroboter-System Feederplus ermöglicht es, während des Transfers die Blechplatinen in bis zu sechs Achsen zu orientieren. Damit vereint es die Vorteile von Linear- und Knickarmrobotern. Bei Chery Automobile in China wurde kürzlich eine Pressenlinie mit Feederplus automatisiert. DEREK CLARK Am Markt gibt es kontroverse Diskussionen über den effektiven Einsatz herkömmlicher Roboter, klassischer Linearfeeder und von Transfersystemen bei der Massenbeschickung von Pressen. Die Lebensdauer einer Pressenstraße liegt bei 30 Jahren, in denen sie typischerweise dreimal automatisiert wird. Das Transfersystem muss sowohl in kleinen und großen Pressenlücken einsetzbar sein als auch bei der Produktion von Sonderteilen, vom Aschenbecher bis zum kompletten Seitenteil eines Pkw. Für das Handling im Pressenzwischenraum sind bei einer herkömmlichen Feederautomatisierung zwei Linearroboter und eine Orientierstation erforderlich. Durch den hohen Maschinenbestand pro Pressenlücke und dreifaches Tooling steigen die Investitions- und Betriebskosten. Die Doppelfeederlösung hat dabei den Vorteil, dass die Feeder nur die halbe Strecke in der Pressenlücke zurücklegen müssen und sich dadurch, gerade bei großen Pressenabständen, einen Zeitvorteil und damit eine höhere Teileausbringung sichern, die den erhöhten Investitionsaufwand wieder neutralisieren. Neue Konzeptionen zeigen, dass ein einziger Feeder pro Pressenlücke, der die Blechteile innerhalb des Verfahrwegs selbst orientiert und lagerichtig in die Presse einlegt, gerade bei kleinen Pressenabständen effizienter arbeiten kann als Doppelfeeder oder Knickarmroboter. "Mit den linearen, überlagerten Bewegungsabläufen hat dieser Feedertyp einen gravierenden Zeitvorteil gegenüber herkömmlichen Robotern", erklärt Michael Spiegel, Geschäftsführer der Strothmann GmbH.

Die im Folgenden unter Realbedingungen betrachteten Feederkonzepte sollen in einem Pressenmittenabstand von 6500 mm ohne Zwischenablage operieren. Die kalkulierte Ausbringung von zwölf Platinen mit den Maßen 4 m × 1,8 m pro Minute kann nicht von allen Feedertypen problemlos erfüllt werden. Die Feeder besitzen vier Achsen; eine fünfte oder sechste Achse kann für weitere Operationen optional integriert werden.
Der Eingelenk-Feeder besitzt eine rotierende Achse, die in beide Richtungen, horizontal sowie vertikal, verfahrbar ist. Am Tooling-Werkzeug befindet sich ein Drehgelenk. Damit es aufgrund der langen Drehachse nicht zu Kollisionen mit dem oberen Werkzeugbereich kommen kann, muss die Platine früh schräg gestellt werden. Geschwindigkeit und Beschleunigungsvermögen der bewegten Massen sind aufgrund der Schwungkraft des Eingelenk-Feeders sehr hoch. Ein automatischer Toolingwechsel ist mit dem Eingelenk-Feeder generell möglich. "Aufgrund der Kinematik war dieses Konzept aber ungeeignet für die neue Linearroboter-Linie von Strothmann", so Spiegel.

Der Vier-Achs-Gelenkarm-Feeder ist ein Linearroboter mit horizontalem Verfahrweg und einem harmonischen Bewegungsablauf. Für eine optimale Taktzeit gestaltet sich die Programmierung der Bewegung allerdings aufwendig. Mit dem Einsatz dieses Feeders werden Geschwindigkeiten auf der Horizontalachse bis 3 m/s und auf der Vertikalachse bis 5 m/s erreicht. Die Beschleunigungswerte der Vertikalachse bis 15 m/s² und der Z-Achse bis 6,5 m/s² liegen im unkritischen Bereich. Beim Gelenkarmfeeder ist ein automatischer Toolingwechsel auch vertikal möglich. Aufgrund des horizontalen Verfahrwegs benötigt der Roboterarm mindestens 1000 mm Pressenhub. "Die Geometrie und die Freiheitsgrade des Gelenk-arm-Feeders sind für den Pressenabstand, der kleiner als 6500 mm ist, eher ungeeignet, weil Kollisionen mit dem Oberwerkzeug denkbar sind", sagt Spiegel. Beim Swingarm-Feeder mit Spinnengelenk, einem Linearroboter mit rotierender Linearachse und horizontalem Verfahrweg, gestaltet sich die Programmierung des Bewegungsablaufes und der Rotationen schwierig. Der Feeder ist für einen geringen Pressenabstand nicht geeignet, wenn nicht der Gelenkarm teleskopierend ausgeführt wird. Eine Ergänzung um eine Vertikalachse würde sich als sinnvoll erweisen. Auch mit dem Swingarm-Feeder ist ein vertikaler Toolingwechsel möglich. Die mitfahrende Horizontalachse erreicht Endgeschwindigkeiten von 1,8 m/s und die mitfahrende Vertikalachse von 5,5 m/s. "Die Beschleunigungswerte bis 22 m/s² in der Vertikalachse und bis 15 m/s² in der Z-Achse sind kritisch", berichtet Spiegel. Ein plötzliches Stoppen kann zu Komplikationen führen, weil die lange Drehachse mit dem Werkzeug kollidieren kann.

Die Platinen lassen sich in bis zu sechs Achsen orientieren
Die Besonderheit der Baureihe des Vier-Achs-Gelenk-Feeders ist eine traversierende Y-Achse, die eine hohe Vertikalgeschwindigkeit sowie eine Flexibilität beim Handling ermöglicht. Die traversierende Achse steht senkrecht, wobei der teleskopierende Arm seitlich angebracht ist und nicht weiter ausbaut. Die hohen Beschleunigungswerte (Z-Richtung: 22 m/s²; Y-Richtung: 17 m/s²) gehören dem kritischen Bereich dieses Feeder-Typs an. Seine Maximalgeschwindigkeit horizontal beträgt 2 m/s (vertikal 4,5 m/s). Der Vier-Achs-traversierende Feeder ist für den geringen Pressenabstand von 6500 mm geeignet. Bei großen Pressenabständen ist eine zusätzliche Horizontalachse aber
sinnvoll. "Die Bauhöhe des Feeders in der Presse war nicht geeignet für unseren Zweck", so der Geschäftsführer. "Dadurch war ein automatischer Toolingwechsel nur eingeschränkt möglich."

Mit dem neuen Feederplus, einem Linearroboter-System, können während des Transfers die Platinen in bis zu sechs Achsen orientiert werden. Damit vereint er die Vorteile von Linear- und Knickarmrobotern. "Mit diesem neu entwickelten Linearroboter sind wir zu unseren Wurzeln zurückgekehrt, die in der reinen Feeder-Konzeption liegen, die mit Robotern kombiniert werden kann. Wir haben die Vorteile beider Konzepte zusammengeführt. Es ist naheliegend, die Orientierung des Roboterarms unmittelbar am Feeder vorzunehmen", erklärt Spiegel die Entwicklungslinie des Unternehmens.

Der Feederplus führt lineare Bewegungen aus und kann dank zusätzlicher rotierender Achsen die Formteile während des Transfers von Presse zu Presse in verschiedene Richtungen orientieren. Durch seine fünf oder sechs Achsen besitzt er die notwendigen Freiheitsgrade. Der Bewegungsablauf, mit dem der Feeder zwölf Teile pro Minute ausbringt, lässt sich einfach und überschaubar realisieren.
Der Feederplus hat einen horizontal rotierenden Schwenkarm, an dem sich ein Getriebe befindet. "Geschwindigkeit und Beschleunigung liegen in einem sehr günstigen Bereich", urteilt Spiegel. Mit dem Einsatz dieses Feeders, der ab einem Pressenmittenabstand von 6500 mm geeignet ist, erreichen die Horizontalachsen Endgeschwindigkeiten von 1 m/s (X-Richtung) und 5 m/s (Y-Richtung). Die Beschleunigungswerte liegen bei maximal 4,5 m/s² und 13 m/s².

Der Feederplus wird wie ein ganz normaler Roboter programmiert und lässt bei geregelten Pressen eine bessere Synchronisation und höhere Taktzeiten zu. Er ist aber auch ein Roboter, der sich für die Nach- oder Austauschausrüstung von alten Pressen eignet. Dazu liefert zum Beispiel Siemens mit seiner Simotion-Steuerung die Basis. Mit spezieller Kurvenscheibensoftware werden Produktionszeit und Anzahl der Hübe berechnet. "Das müssen wir deshalb machen, weil wir dem Kunden schon vor der Auftragsvergabe Auskunft über die Produktivität der Linie geben", erklärt Spiegel.
Der chinesische Automobilbauer Chery verkauft pro Jahr 300 000 Stück seiner Klein- und Geländewagen und wurde damit Nummer eins im Exportgeschäft. "Ein solcher Sprung geht nicht ohne Automatisierung. Deshalb ist Strothmann ein wichtiger Partner für uns und für die zukünftige Zusammenarbeit", sagt Zhao Hong De, stellvertretender Chefingenieur von Chery Automobile. Die komplette Automatisierung der Pressenstraße für die Herstellung von Karosserieblechen wurde von dem Handlingspezialisten aus Schloß Holte-Stukenbrock durchgeführt.

Es sind zusätzliche Applikationen geplant
Intelligente Weiterentwicklungen des Feederplus-Systems befinden sich in der Projektphase. Dazu gehören die Optimierung des Materials des Rotationsarms (CFK, Verbundmaterialien) und die Einbindung von zusätzlichen Applikationen, zum Beispiel weiterer Orientierachsen, die das Produkt komplettieren und in naher Zukunft Pressenbe- und -entladungen zulassen, die erheblich einfachere und günstigere Presswerkzeuge benötigen. "Das ist dann ein Schritt, der in der Prozesskette die laufenden Kosten reduziert, so dass niemand mehr die leicht erhöhten Anschaffungskosten dieser Automatisierung bemängeln wird", ist sich Spiegel sicher.

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Mit dem Programm Kinematic Transformation der Softwaresuite Twin-CAT lassen sich Robotik- und Motion-Control-Funktionen synchronisieren. Bild: Beckhoff

Die Automatisierungsplattform Twin-CAT von Beckhoff wurde um das Programm Kinematic Transformation erweitert. Damit können Roboter  (Delta-Kinematiken, Scara) eingebunden und mit den bestehenden Motion-Control-Funktionen synchronisiert werden. Daraus resultiert eine nahtlose Integration in das gesamte Steuerungssystem und die Einsparung zusätzlicher Prozessoren für Roboter, erläutert der Hersteller. Speicherprogrammierbare Steuerung, Mensch-Maschine-Schnittstellen,  Motion-Control und Robotik arbeiten mit einer Hard- und Softwareplattform auf einem gemeinsamen Industrie-PC, erläutert der Hersteller. Integration in Positioniertechnik Das Programm integriert sich transparent in die Welt der Positioniertechnik, erläutert der Hersteller. Robotik- und Motion-Control-Funktionen lassen sich optimal mit Twin-CAT-NC synchronisieren, heißt es weiter. Alle NC-Eigenschaften, wie Kurvenscheiben oder Fliegende Säge (Synchronisierung einer Slaveachse mit einer fahrenden Masterachse) können auf einer gemeinsamen Hard- und Softwareplattform beliebig kombiniert werden. Kartesische Zielkoordinaten Twin-CAT unterstützt verschiedene parallele und serielle Kinematiken, wie sie für Pick-and-place-Aufgaben genutzt werden. Die Programmierung der Zielkoordinaten erfolge bequem im kartesischen Koordinatensystem. Die Umrechnung auf die dazugehörige Motorposition (Rückwärtstransformation) wird vom Kinematikmodul übernommen.

System-Manager für Auswahl und Parametrierung der Kinematik
Die Auswahl der Kinematik erfolgt im System-Manager der Plattform. Dort werden der Typ, die Stablängen und Versätze parametriert. Für eine Dynamikvorsteuerung können Massen und Massenträgheiten vorgegeben werden. Mit Hilfe der Funktionen Fliegende Säge und Kurvenscheiben ist es beispielsweise möglich, den Roboter auf Förderbänder zu synchronisieren, um Werkstücke aufzunehmen oder abzulegen. Dies sind im Bereich des Handlings oder der Verpackungsindustrie häufig anzutreffende Applikationen, erläutert der Hersteller.

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