„Die Sicherheitstechnik ist für uns die Brücke von der Industrierobotik zur Servicerobotik“, sagt Manfred Gundel, Vorsitzender der Geschäftsführung der Kuka Roboter GmbH. Bild: Kroh

Wohin geht der Weg der Roboterbranche? Manfred Gundel, Vorsitzender der Geschäftsführung der Kuka Roboter GmbH, sieht großes Wachstumspotenzial bei Servicerobotern. Für die Augsburger ist die Servicerobotik deshalb keine kurzfristige Entwicklung, sondern eine Langfriststrategie. Herr Gundel, der VDMA-Fachverband Robotik + Automation hat seine Prognose für dieses Jahr deutlich nach unten korrigiert und erwartet für die Roboterbranche jetzt ein Minus von 20%. Ist Kuka in der gleichen Größenordnung von der Krise betroffen? Gundel: Die Realität sieht leider noch schlechter aus. Die Roboterbranche wird 2009 mit einem Minus von 20% nicht auskommen, sondern darunter liegen. Der weltweit größte Robotermarkt Japan liegt am Boden, dort gab es im April und Mai Einbrüche von 60%. Für Kuka erwarte ich in diesem Jahr trotz Marktanteilsgewinnen einen Rückgang, der etwa nur halb so hoch ist wie bei den Wettbewerbern. Trotz des Einbruchs im 4. Quartal hat die deutsche Roboterbranche 2008 beim Umsatz noch um 15% zugelegt. Wie ist das vergangene Jahr für Kuka gelaufen? Gundel: Für die Kuka Roboter Group war 2008 das erfolgreichste Jahr ihrer Geschichte und wir konnten unsere Produktion auf 10 000 Roboter steigern. Der Knick war zwar schon im 3. Quartal erkennbar, aber wir sind im Umsatz um über 10% auf 475 Mio. Euro gewachsen.

Wie sieht Ihr Blick in die Zukunft aus?
Gundel: Wir haben jetzt vier rückläufige Quartale hinter uns und ich sehe noch vier weitere vor uns, in denen die Branche auf diesem niedrigen Niveau bleiben wird. Mich interessieren aber nicht nur die nächsten zwei Jahre, sondern als Technologieführer müssen wir gerade in der jetzigen Situation sehr viel investieren und uns richtig aufstellen. Deshalb wird Kuka im nächsten Jahr auf der Automatica wieder mit Innovationen aufwarten und ich gehe davon aus, dass die Messe genau zu dem Zeitpunkt kommt, zu dem der Markt wieder anzieht.

Können Sie schon mehr zur Automatica verraten?
Gundel: Es wird neue Entwicklungen geben, sowohl hinsichtlich der Mechanik als auch der Steuerung. Die neue Technik, die dabei zum Tragen kommen wird, wird sicher Benchmark für die nächsten Jahre. Mechatronik lautet ein Schlagwort, das heißt Maschinenbau, Elektronik und Software kombiniert mit Sicherheitstechnik. Die Basistechnik führt uns dann auch in die Servicerobotik.

Das ist das Stichwort für meine nächste Frage. Laut Statistik der International Federation of Robotics wird zukünftig der Markt für Serviceroboter deutlich stärker wachsen als der für Industrieroboter. Sehen Sie das genauso und wie reagiert Kuka auf diesen Trend?
Gundel: Wir wollen die Entwicklung bei Servicerobotern mitbestimmen. Der erste Schritt, mit dem wir Mensch und Roboter zusammengeführt haben, war der Robocoaster, der erste und immer noch einzige Industrieroboter der Welt mit der Lizenz zur Personenbeförderung. Der nächste Step war der Leichtbauroboter aus CFK, mit der Intention, dass ein leichter Roboter weniger Bewegungsenergie hat und somit für den Menschen auch eine geringere Gefahr darstellt. Grundsätzlich gilt für uns: Die Sicherheitstechnik ist die Brücke von der Industrie- zur Servicerobotik. Wir werden den eingeschlagenen Weg weiterverfolgen, denn wir sehen bei Servicerobotern großes Wachstumspotenzial.

Was versteht man bei Kuka eigentlich unter Servicerobotik?
Gundel: Wir verstehen darunter zum einen die Mensch-Maschine-Kooperation, aber auch Roboter auf mobilen Plattformen, so dass der Roboter nicht mehr stationär arbeitet, sondern die Möglichkeit hat, von einem Arbeitsplatz zum anderen zu wandern. In erster Linie sehen wir Serviceroboter abseits der Industrie, zum Beispiel in der Medizintechnik, aber auch in Handwerksbetrieben. Und sicher wird der Robocoaster im Entertainment-Bereich keine Eintagsfliege bleiben.

Können Sie zur Mensch-Maschine-Kooperation konkrete Anwendungsbeispiele nennen?
Gundel: Wir haben verschiedene Projekte mit unserem Leichtbauroboter laufen, die aber noch nicht für die Öffentlichkeit bestimmt sind. Nur so viel: Zum einen handelt es sich um eine Montageaufgabe, zum anderen geht es um die Medizintechnik, wo der Roboter die Bewegung des Menschen unterstützt. Man muss die Kombination Mensch und Maschine stärkenorientiert einsetzen und der Mensch hat durch die Visualisierung Vorteile gegenüber allem, was heute technisch realisierbar ist.

Wann werden Serviceroboter einen nennenswerten Anteil zum Umsatz von Kuka beitragen?
Gundel: Die Frage ist: Wie viel muss man erst einmal investieren, um in diesem Zukunftsmarkt Fuß zu fassen? Wir sind ein mittelständisches Unternehmen und unsere Möglichkeiten sind begrenzt. Aber Sie können sicher sein, dass wir massiv dabei sind, weitere Entwicklungen anzuschieben. Aber man muss einen langen Atem haben. Deshalb ist die Servicerobotik für uns keine kurzfristige Entwicklung, sondern eine Langfriststrategie.

Welche Wachstumsmärkte sehen Sie für die Robotik?
Gundel: Als Zukunftsmärkte möchte ich Medizintechnik, Aerospace und Logistik hervorheben. In der Luftfahrtindustrie ist als Anwendung vor allem die CFK-Bearbeitung zu nennen, die zurzeit noch größtenteils manuell erfolgt. Um die Kosten zu reduzieren, wird dort zukünftig viel mehr automatisiert werden. Der Roboter wird dann komplette CFK-Strukturen verlegen können. Für die Logistik bieten sich neue Chancen, wenn der Roboter sich auf einer mobilen Plattform mit Navigationssystem autark im Lager bewegen kann.

Die Automobilindustrie ist nach wie vor der größte Roboterabnehmer. Wie wird dort der Roboter der Zukunft aussehen?
Gundel: Wir müssen für die Automobilhersteller keinen speziellen Roboter entwickeln, sie benötigen vielmehr ein Baukastenprinzip, mit dem man alle Anwendungen abdecken kann. Außerdem ist der Aspekt Sicherheit wichtig, weil darüber der Arbeitsbereich eingegrenzt und Platz eingespart werden kann.

Welchen Anteil hat das Segment Schweißen insgesamt am Kuka-Umsatz und wie sind Sie speziell beim Bahn- und Punktschweißen aufgestellt?
Gundel: Jährlich werden etwa 30% aller Roboter weltweit für Schweißanwendungen eingesetzt. Davon ist rund die Hälfte Punktschweißen, die andere Hälfte Schutzgasschweißen und nur eine ganz geringe Anzahl andere Verfahren wie das Laserschweißen. Bei Kuka entfallen etwa 35% aller Roboter jährlich auf Schweißanwendungen. Ebenso ist der Anteil Punktschweißen etwas höher als im Marktdurchschnitt.

Welche Bedeutung hat bei Ihnen das Thema Energieeffizienz?
Gundel: Bei künftigen Robotergenerationen werden wir das Gewicht deutlich reduzieren und damit den Energieverbrauch senken. Dies ist ein Kundennutzen und wird deshalb bei Kuka in der Entwicklung entsprechend berücksichtigt. Der Energieverbrauch ist ein wichtiger Punkt, der zukünftig ein Wettbewerbsvorteil sein kann.

RÜDIGER KROH

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Die Stanzteilprüfzelle Videocheck VVC 610 von Vester Elektronik GmbH ermöglicht dank Digitaltechnik den Einsatz nahezu unbegrenzt vieler Kameras in SW oder Farbe mit jeweils mehreren Megapixel Bildauflösung. Bild: Vester Elektronik

Die Qualitätsansprüche an Stanzprodukte steigen ständig. Deshalb gilt es, den kompletten Fertigungsprozess in technischer Hinsicht zu optimieren und geeignete Prüf- und Qualitätssicherungslösungen in die Produktion zu integrieren. Den Trend markieren dabei digitale Bildverarbeitungssysteme. Ein wichtiges Glied in der Fertigungskette sind genau und schnell arbeitende modulare Prüfzellen mit leistungsstarker Bildverarbeitung, die eine optimale Produktqualität gewährleisten und deren Dokumentation sicherstellen. So ist die neue digitale Stanzteilprüfzelle Videocheck VVC 610 der Vester Elektronik GmbH, Straubenhardt, in ihrer Gesamtkonzeption ganz auf die Erfordernisse einer modernen Fertigung mit kurzen Durchlaufzeiten ausgerichtet. Das PC-basierte Bildverarbeitungssystem der Prüfzelle arbeitet mit digitalen Fire-Wire-Kameras. Die hohe Bandbreite und die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit der Digital-Technologie gewährleisten den Einsatz von nahezu unbegrenzt vielen Kameras in Schwarzweiß oder Farbe mit jeweils mehreren Megapixel Bildauflösung. Das stellt eine extrem hohen Detailauflösung und Messgenauigkeit bis in den µm-Bereich hinein sicher.

Viele Qualitätsmerkmale gleichzeitig prüfen
Dank seiner hohen Leistungsfähigkeit kann die Prüfzelle für Stanzteile eine große Zahl von zu prüfenden Merkmalen gleichzeitig detektieren. Die dabei konsequent umgesetzte digitale „Fire-Wire“-Kameratechnik (IEEE 1394a und/oder 1394b) hat gerade in der besonders anspruchsvollen Teileproduktion und deren Qualitätskontrolle zahlreiche Vorteile, die mit analoger Kameratechnik nicht zu realisieren wären.
Als Komplettlösung ist die Vester-Prüfzelle auf kundenspezifische Anforderungen hin zugeschnitten. Das gewährleistet nach Aussagen des Herstellers ein reibungsloses Zusammenspiel von Beleuchtung, Optik, Kamera, Schnittstellen, Rechner, Bildverarbeitungs-Software mit komfortabler Bedienoberfläche und Anbindung an die Prozesssteuerung.

Modulare Portale reduzieren Rüstzeiten beim Produktwechsel 
Neben der Standardausführung bietet Vester Elektronik auch schnell austauschbare „Wechselportale“ an. Diese Wechselportale in modularer Bauweise beinhalten alle Komponenten der Bildverarbeitung mit Kameras, Beleuchtung, Stanzstreifenführung und -antrieb sowie Austrenn- und Markierstation der Schlechtteile. Das ermöglicht eine hohe Flexibilität in der Fertigung und minimiert die Rüstzeit beim Produktwechsel.

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Roboter mit speziellen Effektoren beim Legen von Glasfasern. Bild: Bremer Werk für Montagesysteme GmbH (bwm)

Für die Serienfertigung von Faserverbundbauteilen ist eine entsprechende Automatisierungstechnik notwendig. Zur Handhabung und Verarbeitung von textilen Werkstoffen, zum Aufbau von Faser-Preforms oder zur Direktablage in Formwerkzeuge wurde eine Systemtechnik aus Robotik, Sensorik, Steuerungstechnik und Effektoren entwickelt. Die Zuwachsraten für die Anwendung von Faserverbundwerkstoffen sind in den vergangenen Jahren erheblich gestiegen. Vorzugsweise im Flugzeugbau, aber auch in anderen Branchen wie der Windenergie, im Schiffbau oder dem Fahrzeugbau sind Faserverbunde immer bedeutendere Werkstoffe. Durch den vermehrten Einsatz in Wachstumsmärkten werden innovative Prozesstechniken für eine flexible und qualitätsorientierte Faserverbundfertigung notwendig.

Manufaktur hat geringen Durchsatz, hohen Personalanteil und schwankende Qualität
Derzeit werden Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe basierend auf variierenden Halbzeugen mit unterschiedlichen Prozessen hergestellt. Vornehmlich erfolgt die Herstellung von Hochleistungsverbundbauteilen entweder basierend auf Prepregs oder auf trockenen Textilien mit anschließender Harzinjektion. Die Fertigungsverfahren werden vielfach noch manuell ausgeführt. Die Manufaktur weist daher auch die typischen Nachteile dieser Arbeitsweise auf: geringer Durchsatz, hoher Personalanteil, schwankende Qualität. Für Serienanwendungen erfordert dies eine Prozessautomatisierung.Für die Gestaltung von Prozessketten in unterschiedlichen Verfahrensvarianten hat die Bremer Werk für Montagesysteme GmbH (bwm) die dazugehörige Systemtechnik aus Robotik, Sensorik, Steuerungstechnik und Effektoren entwickelt. Dabei kommen unter anderem vier Spezialgreifer für textile Halbzeuge zum Einsatz, für die bwm die Patente erworben hat.

Drapieren der Halbzeuge in Formwerkzeugen automatisiert
Die Herstellung des textilen Bauteilaufbaus, Preforming, ist die Voraussetzung zur rationellen Fertigung und Sicherung der Qualität des eigentlichen Bauteils beim Harzinjektionsverfahren. Die wesentlichen Schritte der Faserverbundfertigung, Anlieferung der Halbzeugrollen, Zuschnitt, Handhabung der Zuschnitte und insbesondere das Drapieren der Halbzeuge in Formwerkzeugen, mit der Erfahrung der Automatisierungstechnik zu verknüpfen, war Aufgabenstellung für das bwm-Entwicklungsteam.
Die unterschiedlich aufgebauten Textil-Verstärkungen weisen sehr stark variierende mechanische Eigenschaften auf. Geringe mechanischen Belastungen können bereits Schädigungen der textilen Struktur verursachen. Mögliche Prozessfehler durch eine nicht materialgerechte Handhabung sind Winkeländerungen, Faltenbildung, Verzerrung und Verschiebung von Fasern.
Diese Fehlerbilder werden durch den kontrollierten Legevorgang eliminiert. In einer zweistufigen Prozesskette nutzt das Bremer Werk für Montagesysteme das Know-how in der Roboterentwicklung. Das kontrollierte Ablegen und Drapieren trockener Textilfaserbahnen wird mittels rezepturgesteuerter 6-Achs-Roboter realisiert. Dabei ergänzen aktive Fixierelemente autark die Lagekontrolle auch komplexer Konturen. Flexibilität bezüglich des Lagenaufbaus innerhalb eines oder zwischen unterschiedlichen Bauteilen wird durch vorgeschaltete Logistik- und Cutter-Module erreicht. Bauteilgeometrien sind durch den Einsatz von sechster und siebter Achse kaum Grenzen gesetzt.

Systembaukasten für Automatisierungsaufgaben
Bwm entwickelt daraus einen Systembaukasten, der unterschiedlichen Anforderungen der angesprochenen Branchen gerecht wird und gleichzeitig den kontinuierlichen Ausbau der Automatisierung in beherrschbaren Schritten ermöglicht. Und nicht zuletzt Prozesse wie das Dosieren von GEL-Coat zu Beginn der Prozesskette oder Fräs- und Schleifoperationen sowie Lackierungen im Finish lassen sich durch die Erkenntnisse modular in die Kette einfügen. Die sehr unterschiedlichen Anforderungen resultieren aus dem Bauteildesign, der Halbzeug-Auswahl und Handhabung sowie der Prozessauslegung.
Als einen weiteren Schritt wird bwm die Kunden bei der Integration der Produktionsplanung und Produktionsgestaltung während der eigentlichen Bauteilentwicklung unterstützen. Das Ziel ist es, die komplexen Herstellungsprozesse in Teilprozesse aufzuteilen, um dadurch eine gezielte Entwicklung von Bearbeitungsmodulen für jeden Teilschritt gesondert durchführen zu können.
Die angewandte Methodik erlaubt sowohl dem Anlagenhersteller als auch dem Kunden schon in einem frühen Stadium der Auftragsphase eine Einschätzung zur Prozessfähigkeit der Anlage. Damit können Kosten und Erstellungszeiten der Anlage reduziert werden. Für unterschiedliche Teilprozesse sind Prozessmodule bereits entwickelt, umgesetzt und evaluiert worden.

CHRISTIAN DÖRSCH
Christian Dörsch ist Leiter Engineering der Bremer Werk für Montagesysteme GmbH, 28239 Bremen.

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Ein Vorteil der Echtzeitsteuerung besteht darin, dass beim Kleben, Entgraten, Bohren und Fräsen sensorgeführte Scara- und Knickarm-Roboter nahezu beliebige Geometrien bearbeiten können. Bild: Mitsubishi Electric

Die sensorgeführte Steuerung eines Industrie-Roboters ermöglicht eine unmittelbare Beeinflussung der Bewegungsabläufe in einer Anwendung. Voraussetzung: Der Roboter ist echtzeitfähig. Mitsubishi Electric hat deshalb für alle Scara-Roboter und Knickarm-Roboter eine Standardschnittstelle zur Echtzeitsteuerung entwickelt. Echtzeitgesteuerte Industrie-Roboter sind in der Lage, ihre Bewegungsbahn erst während der Bewegung festzulegen – und zwar in Abhängigkeit von den jeweils aktuellen Messwerten der Sensoren. Dabei setzt die Roboter-Steuerung die Daten der Ultraschall-, Infrarot- und Laser-Abstandssensoren, von Kameras oder Kraft-Moment-Sensoren unmittelbar in entsprechende Roboter-Bewegungen um. Neue Mitsubishi-Schnittstelle sorgt für Datenaustausch in Echtzeit  Um jedoch einen Roboter in Echtzeit steuern zu können, ist ein schneller Datenaustausch zwischen den Sensoren und der Steuerung nötig. Die Roboter-Steuerungen der neuen CRD-Serie von Mitsubishi Electric verfügen standardmäßig über eine echtzeitfähige Schnittstelle für die Kommunikation mit einem PC. Über diese Schnittstelle können die vom PC aus den Signalen der Sensoren errechneten Positionsdaten in schneller Folge mit einer Geschwindigkeit von einer bis zehn Millisekunden an die Roboter-Steuerung übertragen werden. Mitsubishi Electric bietet für alle Scara-Roboter und Knickarm-Roboter mit Traglasten von 6 bis 18 bzw. 3 bis 12 kg sowie Reichweiten bis 850 bzw. 1385 mm die Möglichkeit zur Echtzeitsteuerung.

Echtzeitsteuerung von Mitsubishi Electric vereinfacht Roboter-Teach-in
Vorteil der Echtzeitsteuerung: Beim Kleben, Entgraten, Bohren und Fräsen können sensorgeführte Industrie-Roboter unterschiedlichen Konturen folgen und nahezu beliebige Geometrien bearbeiten. Auch das handgeführte Teach-in von Positionsdaten und Pfaden lässt sich mit dieser Art der Roboter-Steuerung einfach realisieren.

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Mit sechs internen und fünf externen Achsen erreicht der Romat-Schweißroboter alle Schweißpositionen des Bauteils. Bild: Cloos

Auf einem 11-achsigen Robotersystem werden die Ober- und Unterteile von Federelementen im MAG-Verfahren geschweißt. Dank der Roboplan-Software lassen sich die Schweißprogramme offline erstellen und per Mail an den anderen Standort übermitteln. Was haben die Besuchertribüne im deutschen Reichstag und die schnelllaufende Exzenterpresse eines Automobilzulieferers gemeinsam? Beide sind mit anwendungsspezifischen Schwingungsdämpfern des Berliner Herstellers Gerb ausgerüstet, um ungewollte und schädliche Schwingungen sicher zu eliminieren. Mit etwa 400 Mitarbeitern, 140 davon in Berlin, macht die Firmengruppe Gerb mit Fertigungsstandorten in Deutschland, Frankreich, Brasilien, Indien und China gut 40 Mio. Euro Jahresumsatz. Schwingungstilger von Gerb weltweit im Einsatz „Manchmal mussten wir schon Feuerwehr spielen, wenn die Planer auftretende Schwingungen unterschätzt hatten“, sagt Geschäftsführer Christoph von Waldow. Dass die berühmte Millenium-Bridge in London heute gefahrlos begehbar ist und wackelfreie Fernsehbilder von der Besuchertribüne des deutschen Bundestages übertragen werden können, geht auf das Kompetenzkonto des Unternehmens. Denn dort sind spezielle Schwingungstilger aus Berlin im Einsatz. Die Feder- und Dämpferelemente gibt es in Ausführungen bis 1250 mm × 850 mm Grundfläche und 650 mm Höhe. Bis zu 1,5 t schwer sind diese Bauteile, die bis 210 t Tragfähigkeit haben. „Bei Ausführungen mit Dämpfung sorgt eine spezielle Visco-Masse zusammen mit genau abgestimmter Dämpfergeometrie dafür, dass Schwingungen wirkungsvoll zur Ruhe gebracht werden“, erläutert Fertigungsleiter Torsten-Uwe Tag.

Zwei identische Schweißroboter in zwei Werken machen flexibel
Das Unternehmen nutzt sein Werk in Frankreich auch als verlängerte Werkbank, wenn die Kapazitäten in Berlin nicht ausreichen. „Dazu haben wir zwei identische Schweißroboter hier und einen in Saint Nazaire installiert, um Aufträge flexibel hier wie da abzuwickeln“, erklärt der Fertigungsleiter.
Weil die Cloos-Roboter mit der Roboplan-Software ausgestattet sind, lassen sich Schweißprogramme offline erstellen und per Mail an den anderen Standort übermitteln. „In der Praxis werden bis zu 90% der Programmierung nach der CAD-Konstruktion am PC erledigt“, so Tag.
Die restlichen Koordinaten und Schweißparameter werden direkt am Roboter eingepflegt. „Nach erfolgreichem Testlauf übertragen wir das Schweißprogramm per Mail nach Frankreich.“ Weil die Roboterzelle dort bis auf den Millimeter mit der deutschen Anlage übereinstimmt, seien die Anpassungen vor Ort minimal.
Die Federelementgehäuse werden aus der Gerb-CAD-Anlage ins Cloos-Roboplan-System übernommen und für die späteren Schweißvorgänge bearbeitet. Mit der anschließenden Simulation der einzelnen Schweißbahnen lassen sich erste Verfeinerungen und Optimierungen vornehmen.

Roboplan-Software errechnet Koordinaten für die Robotersteuerung
Dabei werden die Bewegungen des Roboterarms und des Federelementgehäuses im Werkstück-Positionierer unter Berücksichtigung der Schweißfolge so festgelegt, dass im Fertigungsprozess bei möglichst geringem Verzug die optimalen Schweißnähte entstehen. Automatisch errechnet das Programm die Koordinaten, mit denen dann die Robotersteuerung gefüttert werden kann.
Vorteilhaft beim Umgang mit dem Roboplan-System ist die Lauffähigkeit auf einem handelsüblichen PC und die einfache Bedienbarkeit. „Das Programm ist nach einer überschaubaren Schulungszeit ohne große CAD-Kenntnisse nutzbar“, unterstreicht Torsten-Uwe Tag.

Schweißroboter haben durch intelligente Nahtverfolgung die Toleranzen im Griff
Auf dem 11-achsigen Romat-Robotersystem werden die Ober- und Unterteile der Federelemente – sie bestehen aus den Stahlsorten S235 und S355 – im MAG-Verfahren geschweißt. Die Einzelteile der Schweißkonstruktionen bestehen aus bis zu 30 mm dickem Material. Sie werden mittels Brennschneidverfahren hergestellt. Die dabei auftretenden Toleranzen sind dank der Schweißtechnik und intelligenten Nahtverfolgung kein Problem.
Mit maßgenauen Magnethaltern werden die Einzelteile eines Federgehäuses zunächst auf dem Drehkipptisch des Roboters fixiert und in einem ersten Arbeitsschritt zusammengeheftet. Anschließend schweißt der Romat 350 das Federelementgehäuse innen, bevor das Gehäuse komplettiert wird und die Verschweißung der Außennähte folgt.

Schweißroboter kann gleichbleibende Qualität der Schweißnaht einhalten
„Je nach Ausführung und Bauform des Gehäuses ist die Anlage damit zwischen einer und zweieinhalb Stunden beschäftigt“, rechnet Torsten-Uwe Tag vor. „Bei Handschweißung könnte ein Mitarbeiter über diesen langen Zeitraum nur schwer die gewünschte gleichbleibende Nahtqualität erreichen.“
Außerdem leiste der Roboter einen wichtigen Beitrag zur Humanisierung der Arbeitswelt. Das sei seinem Arbeitgeber sehr wichtig, so Tag. Er verweist in diesem Zusammenhang auch auf die installierte Absauganlage, die 15 000 m³ Luft pro Stunde aus der Schweißerei absaugt und reinigt, damit die Mitarbeiter in sauberer Luft besser agieren können. „Die Atemluft in unseren Hallen ist besser als manche Großstadtluft“, freut sich der Fertigungsleiter.

Schweißroboter benötigen mit Peripherie nur 6 m × 6 m Grundfläche
Die Roboterkompaktanlagen der C-Serie benötigen gerade mal 6 m × 6 m Grundfläche und sind komplett ausgestattet mit Werkstück-Positionierer, einem Sechs-Achs-Roboter, Drahtvorschubsystem und Reinigungseinheit. Für eine optimale Bedienbarkeit sind Steuerschrank und die leistungsprogrammierte Impulsstromquelle GLC 353 MC3 im Außenbereich platziert.
„Wir haben noch eine weitere MC3 installiert, um erforderliche Handschweißungen einfach durchführen zu können“, so der Fertigungsleiter. Außerdem diene das dritte Schweißgerät als redundantes System, falls eine Impulsstromquelle des Roboters ausgetauscht werden müsse.

Schweißroboter bietet Wiederholgenauigkeit von unter 0,1 mm
Der sechsachsige Schweißroboter Romat 350 mit 15 kg Tragkraft arbeitet mit einer Wiederholgenauigkeit von unter 0,1 mm. Er hängt an einer C-Säule von oben in den Arbeitsbereich hinein, wodurch der Roboterarm die Schweißbahnen der Komponenten innen wie außen optimal erreichen kann. Fünf externe Achsen zur Werkstück-Manipulation ergänzen die Beweglichkeit des Schweißroboters.
Der Drehtisch mit seiner großen Trennwand ermöglicht einen rationellen 2-Stationen-Betrieb: „Während der Roboter auf der einen Seite schweißt, kann der Bediener auf der anderen Seite des Positionierers das nächste Federelement zum Schweißen vorbereiten oder ein fertiges Element entnehmen“, erklärt Torsten-Uwe Tag. Sein Fazit: „Mit den drei Roboterzellen erreichen wir eine hohe und gleichbleibende Schweißqualität, entlasten gleichzeitig unsere Mitarbeiter und können dank der Offline-Programmierung die Daten zwischen unseren Fertigungsstandorten einfach und sicher übermitteln.“

WALTER LUTZ

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Richtiges Modularisieren verbessert die Anlagenrentabilität auf lange Sicht. Bild: Pfuderer

Mit einem Berechnungsprogramm für die Lebenszyklus-Montagekosten können bereits bei der Planung einer automatisierten Produktionsanlage deren langfristige Betriebskosten berücksichtigt werden. So lässt sich ein Anlagenkonzept entwickeln, das optimal auf nachhaltige Produktivität ausgerichtet ist. In der automatisierten Produktion bedingt der Grad der Flexibilität einer Anlage ihre langfristige Rentabilität. Deshalb ist der Einsatz von Modulen im Anlagenbau mittlerweile zum Standard geworden. Modularisieren kann enorme Wettbewerbsvorteile über die gesamte spätere Produktionslaufzeit bringen. Dazu ist es allerdings notwendig, die Module möglichst genau in Bezug auf den späteren langfristigen Produktionszyklus hin einzusetzen. Nur dann kann eine wirtschaftliche Auswahl getroffen, ihr Zusammenspiel kombiniert und ihr Einsatz vorausgeplant werden. Eine genaue Berücksichtigung der Lebenszykluskosten einer Anlage ist daher unbedingt erforderlich.

Stückkosten können auf das einzelne Produktlos heruntergebrochen werden
Mit dem Berechnungsprogramm „Lifecycle-xpert“ für die Lebenszyklus-Montagekosten einer Anlage hat das Beratungsunternehmen xpertgate, Mannheim, ein Instrument entwickelt, das bereits bei der Planung einer automatisierten Produktionsanlage die langfristigen Kosten dezidiert berücksichtigt und anschließend in einen gemeinsamen Wert zusammenführt, den Barwert. Gegenwärtige Einflussgrößen gehören ebenso dazu wie zukünftige, einmalige ebenso wie fortlaufende. Denn Investitionskosten bestimmen die Rentabilität einer Maschine schon lange nicht mehr.
Taktrate, Verfügbarkeit, Instandhaltung und Energieeffizienz sind die Kriterien, die im Betriebsalltag Rentabilitätspotenzial bieten. Nahezu alle Daten sind variabel einsetzbar. Stückkosten können prinzipiell auf das einzelne Produktlos heruntergebrochen werden. Alle Anlagenparameter können verändert, erwartete Personal- oder Energiekosten eingebunden werden.
Es ist der Kunde selbst, der diese Daten auf der Basis seiner Planung liefert. Für Zulieferunternehmen eröffnet sich eine neue Perspektive, weil mit dieser Methode Produktionskosten perspektivisch errechnet werden können, gegebenenfalls sogar bevor ein Angebot beim OEM abgegeben wird.

Berechnungen helfen beim Vergleich von Anlagenkonzepten
Begonnen wird mit der Eingabe der Größen, die das Planungsvorhaben bestimmen. Ganz entscheidend ist das Produktionsvolumen bezogen auf die zeitliche Planung der Stückzahlen. Bestimmt wird, wie die Nutzungsdauer in Jahren ausgelegt ist und wie sich die jährliche Laufzeit in Stunden, bezogen auf die Schichten und Arbeitstage, verhält. Außerdem werden Größen aus der Wertschöpfung wie Stückpreise und Materialkosten einbezogen. Kalkulationsgrundlagen wie kalkulatorische Zinsen auf Eigen- und Fremdkapital gehören ebenfalls in diesen ersten Schritt.
Danach wird die Anlagenleistung, unter anderem die Taktrate, die technische Verfügbarkeit und die Ausschussquote, betrachtet. Mit Werten zu den Anlagenkosten wie Beschaffung, benötigter Energie und Instandhaltung und zu den Personalkosten ist die Berechnungsgrundlage dann komplett und liefert eine fundierte Basis für die bestmögliche Erarbeitung eines rentablen Anlagenkonzeptes.
In der Praxis verhelfen die Berechnungen zu einem eindeutigen Ergebnis, wenn es darum geht, Anlagenkonzepte zu vergleichen und zu entscheiden, welches Konzept sich langfristig für den Auftraggeber am meisten rechnet.

MARKUS PFUDERER
Dipl.-Ing. (FH) Markus Pfuderer ist Mitglied der Geschäftsleitung der Pfuderer GmbH und verantwortet den Geschäftsbereich Projektierung und Engineering.

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Die neue Tapeanlage von Reis Robotics ist wartungs- und verschleißteilarm. Das neu konzipierte Auftragssystem erlaubt einen stressfreien Auftrag des Tapes. Bild: Reis Robotics

Drei neue Automatisierungssysteme für die Solartechnik-Industrie präsentiert der Obernburger Roboter- und Montagetechnik-Spezialist Reis Robotics. Neben geringerem Investitionsaufwand und niedrigeren Fertigungskosten versprechen die Systeme eine Qualitätssteigerung bei der Produktion von Solarmodulen. Reis Robotics hat in den letzten Jahren verschiedenste Montageanlagen für die Modulproduktion konzipiert und viele namhafte Solarmodulhersteller damit ausgestattet. Die bisher mehr als 60 realisierten Anlagen erreichen eine jährliche Produktionskapazität von rund 2,5 GW, was einer jährlichen Produktionskapazität von mehr als 12,5 Mio. Modulen entspricht. Das Leistungsspektrum des Obernburger Robotik-Spezialisten reicht von der Technologieentwicklung über die Entwicklung neuer Fertigungsverfahren, die Planung und Realisierung einzelner Fertigungszellen bis hin zur Lieferung und Inbetriebnahme kompletter Produktionslinien. Zum Angebotsspektrum gehören manuelle Systeme ebenso wie halbautomatische und vollautomatisierte Produktionslinien für die Bereiche Dünnschicht, Silizium und Solarthermie.

Anschlussdose vollautomatisch montieren
Mit drei neuen Automatisierungssystemen will Reis Robotics die Herstellung von Solarmodulen effizienter gestalten. Dazu gehört das vollautomatische Montieren der Anschlussdose. Das neue System zum vollautomatischen Setzen der Anschlussdose ist auf einer Plattform komplett funktionsfertig aufgebaut und kann so in jede bestehende Fertigungslinie mit minimalem Aufwand integriert werden.
Verglichen mit herkömmlichen Montage-Lösungen hat das neue Konzept diverse Vorteile. So entfallen nach Aussagen von Reis Robotics kritische Arbeitsschritte vor dem Laminieren, nämlich das Folienstanzen und das Ausfädeln der Anschlussbänder. Außerdem kann kein EVA beim Laminieren austreten. Eine Verunreinigung der Membrane wird vermieden.

Zahleiche manuelle und automatische Arbeitsschritte entfallen
Durch diese neue Methode ist ferner die Gefahr gebannt, dass beim Laminieren die Membrane durch hochstehende Bändchen beschädigt wird. Weil verschiedene manuelle und automatische Arbeitsschritte entfallen und zusätzlich Materialeinsparungen möglich sind, ergeben sich laut Reis Robotics erhebliche Kostenvorteile. Ebenfalls verringert ist die mögliche Bruchrate, da keine manuellen Tätigkeiten mehr notwendig sind.
Neu im Reis-Technologieportfolio für die Solartechnik-Industrie ist der automatische Tapeauftrag. Eine der Anforderungen war: Das Auftragssystem soll wartungs- und verschleißteilarm sein. Der Auftrag des Tapes erfolgt stressfreier, was durch einen synchronisierten Antrieb realisiert wird.

Vollautomatisches Splicen in Anlage integrierbar
Durch dieses neuartige Konzept kann ein hochgenauer Zuschnitt der Tapelänge stattfinden. Ebenso wird bei diesem Konzept vorab ein Tuschieren der Klebefläche zum Glas komplett vermieden. Um einen unterbrechungsfreien Wechsel von einer Tapespule auf die andere zu ermöglichen, kann als Option das vollautomatische Splicen mit integriert werden.
Zusammen mit dem US-Silikon-Spezialisten Dow Corning hat Reis Robotics das Konzept der Encapsulation auf den Markt gebracht. Robotics ist bei dieser Technologie „preferred supplier“ für die Regionen Europa, USA und Asien.
Das Encapsulation-System bietet folgende Vorteile gegenüber der konventionellen Laminierung:

• niedriger Anlageninvest
• deutlich geringerer Energieverbrauch
• schnellere Zykluszeiten
• da kein kompletter Laminierzyklus erforderlich ist, hervorragende UV-Stabilität
• höhere Effizienz der Module durch bessere Lichtdurchlässigkeit als beim herkömmlichen Verkapselungsmaterial
• hohe elektrische Stabilität.

Dieses Verkapselungssystem eignet sich laut Reis Robotics für Silizium-Zellmodule und Dünnschichtmodule aus Glas-Glas bzw. Glas-Folien.

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