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Energieeffizienz mit Industrierobotik

Im Maschinenbau liefert KUKA einen Standardroboter, der vom Systempartner IBG Automation veredelt wird – sowohl technologisch als auch bezüglich einer energieeffizienten Integration.

Die Herausforderung im Sinne der Nachhaltigkeit:

KUKA Roboter und IBG engagieren sich für nachhaltige Lösungen in der Industrie, beispielsweise für die Gewinnung von Regenerativen Energien. Neben Lösungen für Elektromobilität zeigen Applikationen in der Windenergie sowie zur Demontage eines Atomreaktors die Affinität beider Unternehmens für effiziente und nachhaltige Applikationen, die einer „Blue-Competence-Strategie" des VDMA entsprechen.
Jüngstes Beispiel hierfür ist die Veredelung eines KUKA Roboters mit einer Greifermechanik für den Einbau eines kompletten Lithium-Ionen-Batteriesatzes in den Unterboden eines Elektrofahrzeugs. Vom Prinzip her noch ein visionäres Konzept, das aber Einzug finden kann für Montageanlagen für Lithiumzellen oder -module.

Die Ausgangssituation:

Diverse Projekte aus unterschiedlichen Branchen demonstrieren die Innovationsstärke, die sich aus der Kombination von Standard-Robotik mit Anlagenkompetenz umsetzen lässt. Flexible, modulare Robotik, mechatronische sowie offene Steuerungswelt und einfache Bedienbarkeit der Roboter schaffen eine ideale Ausgangssituation für die Weiterentwicklung der Roboter nach den Bedürfnissen des Endkunden. Durch die Addierung von systemspezifischen Kompetenzen wie Software, Greifertechnologien und anderen Anlagenmodulen entstehen kundenspezifische Lösungen mit eigenem Charakter, die zugleich innovativ sind.

Die Lösung:

Bereits im Prozess gilt es, frühzeitig die Vorgaben zur Energieeinsparung und zur Steigerung der Energieeffizienz zu berücksichtigen. Daher wird mit einer sogenannten Energiecheckliste gearbeitet, die gezielt energieeffiziente Maßnahmen mitberücksichtigt.
Kernargumente für dieses Vorgehen sind in erster Linie Antriebe und Komponenten optimal auszulegen und dabei eine Überdimensionierung beispielsweise von  Robotern zu vermeiden. Parallel lassen sich durch leichte Greiferkonstruktion in CFK-Leichtbauweise die Roboter kleiner auslegen. Vergleicht man die optimale Antriebstechnik bereits in der technischen Planung, so ergeben sich daraus die Folgekonstruktionen.
So zeigt sich bei einer Produktionsanlage zur Montage von sicherheitsrelevanten Spezialkupplungen für Züge, dass erst der Mix aus pneumatischen und elektrischen Antrieben sinnvoll ist. Elektrische Achsen sind in der Regel zwar energieeffizienter als pneumatische Lösungen, aber in der Anschaffung auch teurer.

Die nachhaltigen Stärken:

Das Teachen von optimierten Bewegungsabläufen bei Roboteranwendungen gehört ebenso zur effizienten Inbetriebnahme. So zeigt sich auch von Seiten der KUKA Roboter, dass insbesondere die Bereiche Programmierung und Steuerung im Hinblick auf einen energieeffizienten Betrieb von Robotern immer relevanter werden. Jüngste Studien und Analysen  belegen signifikante Einsparpotenziale etwa bei der Bahnprogrammierung. In der Vergangenheit setzte man auf den kürzesten Weg. Energieeffiziente Roboterbahnen weichen zum Teil jedoch erheblich von direkten Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ab.
Die Aufgabe besteht daher darin, eine Roboterbahn zu generieren, bei der das Wechselspiel der Achsen aus Beschleunigen und Bremsen so zu koordinieren ist, dass am Ende das energieeffizienteste Bewegungsprofil steht.

Die Lösung liegt in ausgeklügelten Softwaretools, bei denen der Anwender lediglich Start- und Zielkoordinaten definiert. Die Software ermittelt anschließend die energieoptimale Bahn innerhalb des vorgegebenen Arbeitsbereichs schnell und mit möglichst geringem Aufwand. Zudem müssen weitere Parameter wie die Vermeidung von Zielkonflikten mit Taktzeitkriterien berücksichtigt werden, denn bei den meisten Applikationen soll der Roboter nicht nur energieeffizient, sondern auch schnell arbeiten.

Produktions- und Stillstandszeiten im Fokus
Auch in den nicht produktiven Phasen des Roboters gilt es, gezielt Einsparpotenziale zu ermitteln. Die Analyse der KUKA Roboter GmbH von Bewegungs- und Stillstandzeiten an repräsentativ ausgewählten Robotern der Mittelgewichtsklasse im Karosseriebau liefert erstaunliche Ergebnisse. Zu 74 Prozent befindet sich der Roboter in Stillstands- oder Wartepositionen. Der Fokus für den energieeffizienten Betrieb muss auch diese Phasen einschließen. Nur zu 26 Prozent der Zeit ist der Roboter in Bewegung mit einer Energieaufnahme von 2,5 kW bis 3,5 kW. Knapp drei Viertel der gesamten Zeit verteilen sich auf unterschiedlich definierte Stillstandszeiten. Hierbei liegt der Energiebedarf des Roboters mit eingefallenen Bremsen bei 220 Watt.

Die Erfinder:

Die IBG Automation hat als Generalist in der Automatisierungstechnik Montageprozesse und Prüfaufgaben im Fokus, die dem Endkunden als schlüsselfertige Anlage übergeben wird. Bei der Realisierung der Problemlösung setzt das Unternehmen maßgeblich auf Robotik von KUKA, wobei die Veredelung des Standardroboters für die Applikation immer individuell vorzunehmen ist.

Kurzprofil KUKA Roboter GmbH:

Name: KUKA Roboter GmbH
Hauptsitz: Augsburg
Gründungsjahr: 1898
Mitarbeiter: 2750
Lösungen:  Entwicklung, Produktion und Vertrieb von Industrierobotern, Steuerungen und Software
Internationalität: 25 Tochterunternehmen in den wichtigsten Märkten in Europa, Asien und Amerika
URL: http://www.kuka-robotics.com

Kurzprofil IBG Automation:

Name: IBG Automation
Hauptsitz: Neuenrade
Gründungsjahr: 1982
Mitarbeiter: 200
Lösungen:  Entwicklungspartner für kundenspezifische Produktionssysteme mit dem Schwerpunkt auf innovativen Roboter- und Automationssystemen für Montage- und Prüfaufgaben.
Internationalität: Europaweit, USA
URL: http://www.goeke-group.com