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Roboter vs. Maschine

Wenn Industrieroboter 50 % günstiger als Bearbeitungsmaschinen produzieren

| Autor / Redakteur: Sascha Reinkober und Mario Epping / Victoria Sonnenberg

Fraunhofer Flexmatik 4.1 – innovatives Roboterdesign speziell konzipiert für die Bearbeitung.
Fraunhofer Flexmatik 4.1 – innovatives Roboterdesign speziell konzipiert für die Bearbeitung. (Bild: Fraunhofer-IPK)

Industrieroboter bieten das Potenzial, die flexible und kundenindividuelle Fertigung der Zukunft zu prägen. Auf dem Weg dahin müssen technische Herausforderungen bewältigt, aber auch Aufklärungsarbeit über den Status quo von Industrierobotern geleistet werden.

Das Fräsen mit modernen 5-Achs-Bearbeitungszentren bietet eine hohe Genauigkeit und kurze Taktzeiten. Diese Eigenschaften bedingen jedoch zumeist hohe Anschaffungskosten, die zu hohen Produktionskosten führen. Insbesondere bei Bauteilen mit hohem Zerspanungsvolumen und moderaten Genauigkeitsanforderungen, bei denen das technologische Potenzial von Werkzeugmaschinen nicht vollständig ausgeschöpft wird, sind die resultierenden Kosten zur Fertigung der Bauteile unnötig hoch. Durch die maximal wertschöpfende Nutzung von Bearbeitungssystemen nahe ihrer maximalen Leistungsfähigkeit kann die Effizienz der Produktion zukünftig noch gesteigert werden. Aus diesem Grund befassen sich immer mehr Forschungseinrichtungen und Unternehmen mit der effizienten Ergänzung von Werkzeugmaschinen um Bearbeitungsroboter. Industrieroboter bieten das Potenzial, den heutigen Anforderungen an Flexibilität bei zeitgleich geringen Kosten gerecht zu werden.

Flexibilität macht den Industrieroboter zur attraktiven Allzweckmaschine

Die vergleichsweise kostengünstigen Industrieroboter, die mit einer Werkzeugspindel ausgestattet werden, können bereits heute die Maschinenkosten pro Bauteil um circa 50 % gegenüber 5-Achs-Werkzeugmaschinen reduzieren [1]. Doch nicht nur die geringeren Anschaffungskosten, sondern auch das Verhältnis zwischen Bearbeitungsraum und Platzbedarf ist bei Bearbeitungsrobotern deutlich besser als bei Werkzeugmaschinen. So bieten Industrieroboter bereits heute die Möglichkeit, Handhabungs- und Schweißoperationen sowie mechanische Bearbeitungen, beispielsweise Schleifen [2], Entgraten oder Fräsen zu übernehmen. Für diese Zwecke werden sie auch bereits genutzt. Diese Flexibilität macht den Industrieroboter zur attraktiven Allzweckmaschine in der Fertigungsstätte von morgen.

Die sukzessive Weiterentwicklung und Verbesserung der Industrieroboter orientiert sich dabei unmittelbar an den Anforderungen der Industrie hinsichtlich Präzision, Dynamik und Belastbarkeit. Als Folge steigen die Verkaufszahlen der Roboter stetig. Seit 2012 nimmt die Anzahl installierter Systeme jedes Jahr um mehr als 20.000 Stück pro Jahr zu [3]. Hauptanwendungsgebiet von Industrierobotern ist nach wie vor die Handhabungs- und Schweißtechnik. Weniger als 5 % der Industrieroboter werden derzeit zum Zerspanen verwendet [4]. Der Grund dafür liegt nach Angaben potenzieller Anwender vor allem in der zu geringen Steifigkeit und Genauigkeit sowie in der anwenderunfreundlichen Bedienung [5].

Um aktuelle Technologiesprünge zu präsentieren, Anforderungen für zukünftige Entwicklungen zu erfassen und die Leistungsfähigkeit bestehender Standardsysteme darzustellen, laden das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK und das Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU Berlin einmal im Jahr in das Produktionstechnische Zentrum (PTZ) Berlin ein. Im Rahmen des Workshops „Industrieroboter als Bearbeitungsmaschine“, der 2014 erstmalig am PTZ durchgeführt wurde, präsentieren Forscher, Anwender, Roboterhersteller, Systemhäuser sowie Experten in drei Blöcken Neuigkeiten rund um die robotergeführte Bearbeitung. In diesem Jahr wurden neuartige Roboterkonzepte, hybride Verfahren sowie industrielle Umsetzungen aus den Bereichen Metall und Kunststoff präsentiert.

Das Fraunhofer-IPK befasst sich bereits seit 2007 intensiv mit der robotergeführten Bearbeitung. Im Innonet-Projekt Robinstone wurden 2009 Postaer Sandstein und Carrara-Marmor robotergeführt bearbeitet. Ein Exponat im Foyer des PTZ erinnert an dieses Projekt. Im Workshop wurden zudem weitere erfolgreiche Umsetzungen aus dem Bereich der robotergeführten Bearbeitung präsentiert. Beispiele aus der Kantenbearbeitung, der Bearbeitung von Kunststoffen sowie der Nickelbasisbearbeitung wurden mit Videos visualisiert.

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