Leitexponat zum Thema Green Automation ist der vom IPA entwickelte Seilroboter IPAnema. Bild: Fraunhofer IPA

„Green Automation“ nimmt Gestalt an. Zahlreiche Aussteller bekennen sich auf der AUTOMATICA 2010 zu zukunftsfähiger, umweltschonender Produktion und Energiegewinnung. Leitexponat der Initiative „Green Automation“ ist der vom IPA entwickelte Seilroboter IPAnema, der unter anderem zur Montage und Wartung von Sonnenkollektoren eingesetzt werden kann. Auch an den Messeständen tragen viele Produkte das Green Automation-Label, das auf besonders ressourcenschonenden Umgang mit und durch Automatisierungstechnik aufmerksam macht. Mit Automatisierungstechnologien zur Gestaltung einer lebenswerten Welt beitragen: Dafür steht die Initiative „Green Automation“, die von der AUTOMATICA, der internationalen Leitmesse für Automation und Mechatronik, dem VDMA Robotik + Automation und dem Fraunhofer Institut Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) ins Leben gerufen wurde. Bei Green Automation wird die Automatisierungstechnik zum einen selbst als Verbraucher von Ressourcen betrachtet – und großer Wert auf Energieeinsparung gelegt. Zum anderen wird Automatisierungstechnik zur Herstellung umweltverträglicher, ressourcenschonender Produkte eingesetzt. Denn was nützen kreative Konzepte für den Leichtbau, für wenig CO2-erzeugende Antriebe, zur umweltverträglichen Energiegewinnung und zu vielem mehr, wenn diese nur in Versuchsaufbauten funktionieren und sich nicht wirtschaftlich in Großserien umsetzen lassen?

Aufbruch in ein neues Energiezeitalter

Inzwischen hat das „grüne“ Engagement der Unternehmen und Forschungsinstitute die Theoriephase schon weit hinter sich gelassen. Das zeigt die AUTOMATICA 2010, die vom 8. bis 11. Juni 2010 auf dem Gelände der Messe München stattfindet. Green Automation spielt dort eine tragende Rolle. Auf herausragende Projekte zu diesem Thema aufmerksam macht zum Beispiel das Green Automation Leitexponat in Halle B2: Hier ist der vom IPA neu entwickelter Seilroboter ausgestellt, der in Zukunft eine Schlüsselrolle bei der Montage von großflächigen Solarstromanlagen einnehmen kann. Denn Sonnenstrom aus der Wüste ist eine vielversprechende Idee, um die Welt mit zukunftsfähiger Energie zu versorgen. Das Desertec-Konsortium hat beispielsweise ein Konzept vorgestellt, das Solarenergieanlagen in den Wüsten Nordafrikas vorsieht.

Eine solche solarthermische Anlage besteht aus mehreren Kollektorfeldern, deren Parabolspiegel jeweils eine Fläche von über einem Quadratkilometer bedecken. Sie bündeln das Sonnenlicht, um Öl in einem Rohrsystem zu erhitzen, das wiederum Dampf erzeugt. Damit lassen sich konventionelle Turbinen und Generatoren zur Stromerzeugung betreiben.

Seilroboter zur Montage großflächiger Solarstromanlagen

Der Haken daran: Es müssten Hunderte Millionen dieser Parabolspiegeleinheiten in der Wüste installiert werden – eine Arbeit, für die es in der benötigten Größe und Mobilität bislang keine Automatisierungsmöglichkeit gab. Der IPA-Seilroboter, dessen Prototyp den Namen IPAnema trägt, könnte Abhilfe schaffen. Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl gibt ihm beste Chancen: „Der Seilroboter kann Aufgaben eines Krans übernehmen und große Bauteile transportieren – allerdings wesentlich schneller, präziser und vor allem voll automatisierbar. Aufgrund des extremen Leichtbaus seiner Konstruktion lässt er sich mobil ausführen und einen großen Arbeitsraum abdecken.“

Die neue Kinematik des Seilroboters basiert auf Seilen, die durch mehrere Winden angetrieben werden und eine Plattform, einen Greifer oder ähnliches im Raum bewegen. Bei dem auf der AUTOMATICA zu sehenden Ipanema kommen wahlweise sieben oder acht digital gesteuerte Winden zum Einsatz. Sie sind für hochdynamische Bewegungen konstruiert und erlauben Bewegungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/s sowie Beschleunigungen von bis zu 10 g. Dabei kann die Länge des Seils durch ein in die Winde integriertes Absolutmesssystem exakt eingestellt werden.

Das Steuerungssystem besteht aus einer für Roboter angepassten CNC-Steuerung und läuft zusammen mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung in Echtzeit. Der Arbeitsraum kann je nach Anwendung bis zu 100 x 100 x 30 m umfassen. Die effiziente Kraftübertragung durch die Seile erlaubt je Seil eine Nutzlast von mehreren Tonnen.

Green Automation-Highlights auf der AUTOMATICA 2010

Visionen und Großprojekte wie solche Solarkraftwerke wecken Aufmerksamkeit und begeistern ein breites Publikum. Doch die AUTOMATICA weist auch auf viele kleinere, bereits verfügbare Green Automation-Lösungen hin. Mit speziellen, an den Ständen angebrachten Labels machen die Aussteller auf Produkte aufmerksam, die die Green Automation-Anforderungen erfüllen.

Matrix Vision zeigt kompaktes Kamerasystem mit Stromspar-Prozessor

In der Automatisierungstechnik sind die Reduzierung des Energieverbrauchs und der Baugröße bei gleichzeitig steigender Leistung die drei bekanntesten Ansätze zur Schonung der Umwelt. Innerhalb der Bildverarbeitung, bei der Entwicklung von intelligenten Kameras und Visionsensoren mit hoher Rechenleistung, ergeben sich schon bei der Wahl des Prozessorkonzepts Einsparmöglichkeiten.

Viel Leistung pro Watt und Volumen bietet das intelligente Kamerasystem mvBlueLYNX-X von Matrix Vision, Oppenweiler. Basis ist die OMAPTM-3-Prozessorserie von Texas Instruments, die mit maximal 5 W unter Volllast auskommt, während andere Systeme typischerweise bis zu 15 W verbrauchen. Die ARM-Prozessoren verbrauchen nicht nur weniger Strom als andere, sie sind auch kleiner in ihrer Baugröße. So ist die mvBlueLYNX-X ohne Objektiv nur 85 mm x 55 mm x 35 mm (H x B x T) groß.

Clevere Beleuchtungssteuerungen aus dem Hause Stemmer Imaging, Puchheim, schonen auf intelligente Weise die Umwelt. Leuchtdioden oder kurz LEDs sind aus der Bildverarbeitung nicht mehr wegzudenken. Ihre hohe, aber doch endliche Lebensdauer kann deutlich erhöht werden, indem man die Beleuchtung nur dann einschaltet, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Wenn eine Inspektion eine Belichtungszeit von 10 ms erfordert und alle 100 ms wiederholt wird, so muss die Beleuchtung nur zeitgleich mit der Aufnahme eingeschaltet werden. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der LED-Beleuchtung im Vergleich zum Dauerbetrieb annähernd um den Faktor 10.

Mit Blitz-Controllern die Umwelt entlasten

Mit Blitz-Controllern ist eine dynamische Kontrolle unterschiedlichster LED-Beleuchtungen, Betriebsmodi und Techniken möglich. Dies optimiert einerseits die Beleuchtungsabläufe, andererseits sorgen Blitz-Controller auch für eine Entlastung der Umwelt, weil sie die Lebensdauer der Beleuchtung verlängern, somit Ressourcen schonen und zudem den Energieverbrauch reduzieren.
Bildverarbeitungssysteme spielen auch in der Solartechnik eine bedeutende Rolle. So hat zum Beispiel ISRA Vision, Darmstadt, das Bildverarbeitungssystem 3D-Solscan entwickelt, das über die kamerabasierte 3D-In-line-Inspektion von Solarparabolspiegeln noch höhere Energieausbeute verspricht. Das System wird normalerweise als In-line-System in einer Spiegelproduktion eingesetzt und setzt dabei neue Maßstäbe hinsichtlich der Genauigkeit. Die Zykluszeit für einen kompletten Spiegel beträgt nur etwa 20 s. Das kamerabasierte Inspektionssystem ist damit wesentlich schneller als die Lasertechnik, mit der bei geringerer Geschwindigkeit typischerweise nur ein Inspektionsraster von 50 mm erreicht wird.

Roboter automatisieren Produktion von Rotorblättern

Windkraft dagegen ist für VMT der Pepperl + Fuchs Gruppe in Mannheim ein zentrales Thema. Das Unternehmen hat ein Komplettsystem zur Roboterbahnführung beim Schleifen und Lackieren von Windkraftflügeln entwickelt. 70 m lang sind die Rotorblätter, die bislang in Handarbeit gereinigt und lackiert wurden. Zur Automatisierung wurden auf zwei Linearachsen jeweils zwei Roboter montiert. Einer übernimmt die Reinigung des Flügels mit einem Sandstrahl-Vakuum-System, der andere ist für die Lackierung zuständig.

Die Onlinevermessung erfolgt durch zwei Laserlaufzeitmesssysteme, die fest am Reinigungsroboter montiert sind. So kann die Roboterbahn an die Torsion und das Durchhängen des Flügels angepasst werden. Das VMT-System sorgt außerdem für bestmögliche Fertigungsqualität bei engen Formtoleranzen, für geringen Einricht-, Betriebs- und Wartungsaufwand sowie für vollständige Prozesskontrolle und -dokumentation.

Wenn es um das Handling von Wafern und fertigen Solarzellen geht, bietet Schunk, Lauffen, passende Lösungen wie den hochdynamischen Solarzellengreifer SZG. Er ist enorm schnell und prozesssicher. Einen Transportzyklus von 550 mm inklusive Inspektion durch ein Kamerasystem und Rückweg erledigt er in einer Taktzeit unter einer Sekunde. Damit definiert er eine neue Effizienzklasse in der Solarzellenfertigung.
Für den Bau von Windkraftanlagen hat Schunk den Schwerlastgreifer SLG entwickelt, der Lager, Naben und andere schwere Bauteile sicher handhaben kann. Bei der Konstruktion dieser Greifer achtet Schunk selbst auf Energieeffizienz und Ressourcenschonung. Für das Lauffener Unternehmen spielen zum Beispiel Leichtbauprinzipien eine wesentliche Rolle. So wurde mit Hilfe einer FEM-Analyse das Gewicht des Schwerlastgreifers minimiert.

Vakuum-Ejektoren mit integrierter Luftsparfunktion

Schwere Lasten und tonnenschwere Einheiten können auf der Rundschiene von Strothmann Machines & Handling, Schloß Holte-Stutenbrock, energieeffizient bewegt werden. Die kugelgelagerten Rollen der Transportwagen sorgen für einen ruhigen Lauf, geringe Rollwiderstände und eine hohe Verschleißfestigkeit. Darüber hinaus eignet sich die Rundschiene als Transportmittel mit dem sich schwere Lasten mit geringem Kraftaufwand bewegen lassen: Bis zu 10 t kann eine Person manuell bewegen. Die Rundschienen-Technik wird in der Fließ- und Taktmontage angewendet, aber auch in der Intralogistik leistet diese Applikation einen Beitrag zur ressourcenschonenden Prozessverbesserung.

Für minimalen Druckluftverbrauch sorgen Vakuum-Ejektoren mit integrierter Luftsparfunktion. Die Vakuum-Ejektoren SCPi und SMPi von Schmalz, Glatten, ermöglichen es, Arbeitsprozesse zu optimieren, Ressourcen effizienter zu nutzen, Betriebskosten deutlich zu senken und die Umwelt zu entlasten. Die Sparfunktion unterbricht die Vakuum-Erzeugung sobald ein vorgegebener Wert erreicht ist. Erst bei Überschreiten eines definierten Mindestwertes wird die Vakuum-Erzeugung wieder aktiviert. Damit spart der Ejektor mit Luftsparfunktion gegenüber herkömmlichen Produkten bis zu 65% Betriebskosten. Zudem entlastet der Anwender aufgrund des reduzierten Energieverbrauchs die Umwelt.

In vielen Bereichen der Automatisierungstechnik sind Effizienz und Umweltschonung  bereits heute möglich. So arbeitet Reis Robotics, Obernburg, seit längerem daran Prozesse zu entwickeln, aus denen Produkte hervorgehen, die bei Herstellung, im Betrieb sowie am Ende ihrer Gebrauchsdauer Umwelt und Menschen möglichst wenig belasten.

Das Angebotsspektrum des Herstellers reicht von energieeffizienten Antrieben über komplett automatisierte Fertigungsanlagen für Photovoltaik-Module bis zu automatisierten Recycling-Lösungen. Ein Beispiel für Ressourceneinsparung ist automatisiertes Schweißen und Schneiden mittels Laser. Geringerer, sehr gezielter Energieeinsatz und Wegfall von Nacharbeiten sind nur zwei Vorteile dieser Technik.

Laser-Roboter für den Recycling-Bereich

Wegweisend und ohne Vorläufer sind Laser-Roboter im Bereich Recycling. Am Beispiel von verschweißten Autoscheinwerfern hat das Obernburger Unternehmen bewiesen, dass es sogar kaufmännisch sinnvoll ist, diese am Ende der Nutzungsdauer mit einem Schneidelaser in einzelne Bestandteile zu zerlegen, um die teilweise wertvollen Rohstoffe sortenrein einer erneuerten Verwendung zuzuführen.

Downsizing von Robotern spart Energie

Downsizing von Robotern und Energie einsparen in Produktionspausen, das sind die beiden Wege, die Yaskawa mit dem Robotik-Geschäftszweig Motoman, Allershausen, verfolgt. Das Reduzieren der Manipulatorengröße hat kompaktere Roboter zur Folge, die einen geringeren Aufstellbereich benötigen. Bis zu 30% elektrische Energie sparen Produktionsanlagen bei denen der Knickarmroboter in Prozessnebenzeiten in die Energy-Saving-Funktion schaltet. Mit diesem Mix sparen Motoman-Anlagen Geld und schonen gleichzeitig die Umwelt.

Speziell für High-Speed-Aufgaben in der Verpackungs- und Solarindustrie wurde der  4-Arm-Roboter Quattro s650H von Adept, Dortmund, entwickelt. Aufgrund seiner extrem hohen Geschwindigkeit und den niedrigen Energiekosten senkt der 4-Arm-Roboter im Produktionsprozess die Total Costs of Ownership. Angaben des Unternehmens zufolge verbraucht er im Vergleich zu anderen Robotern seiner Kategorie 25 bis 35% weniger Energie – im Vergleich zu 6-Achs-Robotern erziele der Adept Quattro s650H sogar Energieeinsparungen bis zu 45%.

Nicht nur die eigene Produktion hat der Augsburger Roboterhersteller Kuka umweltschonend ausgelegt, sondern auch die erzeugten Produkte selbst konsequent für einen Ressourcen schonenden Betrieb entwickelt. Dabei hat sich die Technologieschmiede auf Energieverbrauch, Schmierstoffverbrauch und Langlebigkeit seiner Roboter fokussiert. Ein Indikator für die Energieeffizienz ist das Verhältnis zwischen Eigengewicht des Roboters und seiner Traglast: Je weniger Material beschleunigt und bewegt werden muss, umso weniger Energie wird verbraucht.

Leichtbauroboter erreicht gutes Verhältnis zwischen Traglast und Eigengewicht

Ein Paradebeispiel dafür ist der 7-achsige Leichtbauroboter Kuka LBR, der ein Verhältnis von 2:1 zwischen Eigengewicht und Traglast erreicht. Auf der AUTOMATICA 2010 stellt Kuka Steuerungsfunktionen vor, die es ermöglichen, Roboter in den Arbeitspausen abzuschalten – ähnlich wie sparsame Automobile an einer roten Ampel den Motor abstellen.

Ressourcenschonende Antriebssysteme gibt es von Wittenstein nicht erst seit das Thema „Schonung der Ressourcen“ ein Megatrend und damit in aller Munde ist. So entwickelte die Unternehmenstochter Wittenstein alpha, Igersheim, ein Servo-Schneckengetriebekonzept, das alle Anforderungen an eine Ressourcen effiziente Servoanwendung erfüllt: mehr Leistung auf kleinerem Raum, geringerer Energieverbrauch und eine hohe Lebensdauer. Insbesondere die sonst bei Schneckengetrieben übliche Zunahme des Verdrehflankenspiels mit der Lebensdauer ist durch die Optimierung der speziellen Hohlflankenverzahnung auf ein definiertes Minimum reduziert. Erreicht werden somit insgesamt eine höhere Leistungsdichte und damit mehr Leistung auf kleinerem Raum.

Antriebe: Energiesparkonzepte aus dem Baukasten

Bereits eine einzelne, wirkungsgradoptimierte Antriebskomponente mit entsprechender Energieeffizienz kann zu einer guten Energiebilanz beitragen. Doch erst die sinnvolle Kombination aus Motor, Getriebe, Frequenzumrichter und Steuerung machen aus einzelnen Antriebskomponenten echte Energiesparlösungen. Die Effidrive-Energiesparkonzepte von SEW-Eurodrive, Bruchsal, basieren auf einem Baukastenprinzip.

Dazu gehören der DR-Motorbaukasten, das mechatronische Antriebssystem Movigear, die Antriebs- und Frequenzumrichter Movidrive und Movitrac oder der Mehrachs-Servoverstärker Moviaxis. Dabei nimmt die Beratung im Energiesparkonzept von SEW-Eurodrive einen sehr hohen Stellenwert ein. Im engen Kontakt mit dem Kunden sichten die Bruchsaler Fachleute Energiesparpotenziale und erarbeiten auf den Anwender zugeschnittene Lösungen.

Steigende Energiepreise, die Notwendigkeit zur Reduktion von CO2-Emissionen sowie Potenziale zur Erhöhung der Energieproduktivität stehen auf dem Lehrplan der Lernfabrik für Energieproduktivität (LEP) am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (IWB) in Garching bei München. In einem realen Lernumfeld werden unter anderem Messmethoden, methodisches Vorgehen, Optimierungsmöglichkeiten, organisatorische Umgestaltungen sowie technische Lösungen gezeigt. Das Angebot richtet sich sowohl an Studierende als auch an Experten und Manager aus der Industrie.

VDMA Fachverband Robotik + Automation stellt LCC-Rechenmodell für Automatisierer vor

Nachhaltiges Wirtschaften ist ein zentraler Aspekt der Initiative „Green Automation“, da sich mit moderner Automatisierung erheblich Energien einsparen oder Ressourcen effizienter verbrauchen lassen. Zur konkreten Berechnung von langfristigen Einsparungen dient die Lebenszykluskostenrechnung (Life cycle cost, LCC).  Der VDMA hat dazu vor einigen Jahren das Einheitsblatt 34160 entwickelt, das alle Kostenelemente enthält, an die ein Maschinenbauer bei der Lebenszykluskostenrechnung denken sollte.

Jetzt hat der VDMA Fachverband Robotik + Automation auf Basis dieser Berechnung ein neues Excel-basiertes LCC-Rechenmodell speziell für Automatisierer entwickelt. Um den Einsatz dieses Instrumentes zu üben, bietet der VDMA am 11. Juni 2010 auf der AUTOMATICA in der „LCC-Know-how Lounge“ in Halle B1 ganztägig Workshops an. Sie dauern jeweils 90 Minuten und beginnen um 9.30 Uhr, 12 Uhr und 14.30 Uhr. Interessenten müssen sich vorab anmelden und erhalten eine Anmeldebestätigung.

„Green Automation“ – zentraler Aspekt auf dem AUTOMATICA-Forum

„Green Automation“ ist auch zentraler Aspekt auf dem AUTOMATICA-Forum, das unter dem Motto „Automation in Dialogue“ an allen vier Messetagen in Halle B1 stattfindet. In Podiumsdiskussionen und Vorträgen werden Automatisierungsthemen quer durch alle Anwenderbranchen diskutiert. Die Vorträge werden Top-Referenten aus Wirtschaft und Forschung halten. Das Vortragsprogramm am 10. Juni greift das Thema Neue Energien und Green Automation auf. So wird Erhard Schletterer, Geschäftsführer von LiTec Battery GmbH Einblick gewähren, „Wie man Lithium-Ionen-Batterien baut“, Andreas Blochel, Produktionsleiter von Solarfabrik AG wird den interessierten Fachbesuchern das Thema  „Automatisierte Solar-Produktion“ näherbringen.

Stäubli-Roboter in Stericlean-Ausführung erlauben erstmals den Einsatz unter extremen Laborbedingungen. Bild: Stäubli

Sie polieren künstliche Hüftgelenke, ziehen Spritzen auf und stehen schließlich selbst am Operationstisch: Roboter erobern immer neue Bereiche der Pharma- und Medizintechnik. Montage- und Handhabungstechnik, Robotik und industrielle Bildverarbeitung bieten gravierende Vorteile für Produzenten, Patienten und Personal. Die internationale Fachmesse AUTOMATICA 2010, die vom 8. bis 11. Juni 2010 auf dem Gelände der Messe München stattfindet, bietet einen Überblick über das Leistungsspektrum der Automation in dieser Wachstumsbranche. In welch rasantem Tempo die Automatisierungstechnik in sensible Produktionsbereiche der Pharma- und Medizintechnik Einzug hält, ist selbst für Brancheninsider überraschend. Dabei sind die Einstiegsvoraussetzungen für Anlagen, Komponenten und Roboter in dieser Champions League der Automation alles andere als einfach zu erfüllen. So müssen Montageanlagen für Medical Devices in den meisten Fällen anspruchsvolle Reinraumklassifizierungen erfüllen. Welchen Aufwand dies im Einzelfall bedeutet und wie die Anlagenhersteller die Anforderungen in die Praxis umsetzen, zeigen spezialisierte Hersteller an den Messeständen der AUTOMATICA 2010. Leistungsstarke Montagetechnik für die Pharmaindustrie und Medizintechnik

Eine Hochleistungs-Montagelösung, die auf die Anforderungen in der Pharma- und Medizintechnikindustrie zugeschnitten ist, will Mikron Automation auf der AUTOMATICA 2010 mit der neuesten Entwicklungsstufe der Mikron G05 präsentieren. Die neue G05 weist Verbesserungen in den Bereichen Ergonomie und Reinigung auf. Damit erfüllen die Anlagen die aktuellen GPM-Normen und Sicherheitsvorschriften.

Wie man Flexibilität in die Montageautomation bringt, demonstriert Sortimat Technology mit der neuen Montageplattform „Jetwing 2010“, die Montagen laut Herstellerangaben noch flexibler machen soll. Weiterer Vorteil: Bei der neuen Version sind zwischen acht und 48 Montagestationen anstelle der bisherigen zwölf Stationen möglich. Die Grenzen von der Halbautomation zur Vollautomation und von kleinen zu großen Stückzahlen werden damit fließend. Auf der AUTOMATICA wird der Jetwing 2010 in einer verketteten Anlage mit Clearliner und Reinraum-Transfersystem gezeigt.

Interessant verspricht auch der Besuch bei den Roboterherstellern zu werden. Auf der AUTOMATICA 2010 sind alle renommierten Anbieter vertreten, der Fachbesucher kann sich also einen ganzheitlichen Überblick verschaffen und direkt vergleichen.

Voll gekapselte Roboter für den Einsatz im Reinraum

Anspruchsvolle Applikationen in der Medizin- und Pharmaindustrie sind mit Standardrobotern von der Stange kaum zu realisieren. Vielmehr zählen bei diesen Einsätzen Faktoren wie Reinraumtauglichkeit, leicht zu reinigende Spezialoberflächen und höchste Präzision. Wer die Robotermodelle der Anbieter auf der AUTOMATICA unter die Lupe nimmt, wird eines schnell feststellen: Die Reinraumtauglichkeit von Robotern unterschiedlicher Hersteller variiert deutlich. Der Grund dafür liegt in der unterschiedlichen Bauform der Roboter. Maschinen mit voll gekapseltem Aufbau, innen liegender Verkabelung und integrierter Antriebstechnik emittieren weniger Partikel als offene Konstruktionen und sind deshalb für Reinraumeinsätze besonders geeignet.

Einige Roboterhersteller und Forschungsinstitute haben sich bereits vor vielen Jahren auf Aufgabenstellungen in der Medizin- und Pharmabranche konzentriert und blicken heute auf jede Menge Erfahrung und Know-how zurück. Dies gilt gleichermaßen für den Bau von Robotern als auch für ganzheitliche Automatisierungslösungen.

Wegweisende Applikationen in der Medizintechnik

An zwei Robotern, die in der Medizin- und Pharmaindustrie häufig eingesetzt werden, zeigt Stäubli Robotics, was derzeit technologisch möglich ist. Die Sechsachser TX 60 und TX 90 erfüllen in Super-Cleanroom-Ausführung die extrem hohen Anforderungen der Reinraumklasse ISO 2. Darüber hinaus sind beide Maschinen in sogenannter Stericlean-Ausführung verfügbar, was ihren Einsatz unter extremen Laborbedingungen ermöglicht.

„Wir dringen mit den Stericlean-Versionen in Bereiche vor, in denen der Einsatz von Robotern bis dato als unmöglich galt. Erstmals werden damit Sterilisations- und Dekontaminations-Prozesse automatisierbar, bei denen die Roboter dauerhaft einer dampfförmigen Wasserstoffperoxid-Umgebung ausgesetzt sind. Damit gelingt der entscheidende Durchbruch bei den Bemühungen zur Automatisierung solcher Prozesse“, verrät Dipl.-Ing. Manfred Hübschmann, Geschäftsführer Stäubli Robotics.

In weiteren Applikationen der Medizintechnik bewähren sich Stäubli-Roboter seit Jahren. Sei es bei der Zusammenstellung von toxischen Präparaten für Chemotherapien, bei der ein Sechsachser die einzelnen Bestandteil an Zytostatika hochgenau dosiert und flexibel abfüllt, oder bei der Herstellung medizintechnischer Produkte aus Kunststoff mit Spritzgießmaschinen. Das Teilespektrum ist dabei breit gefächert und reicht von Medikamentenzuführsystemen wie Spritzen, Infusionssets, Transfusions- und Dialyseequipment über Zentrifugen, Blutfilter, Inhalatoren, Diabetes-Care-Produkte bis hin zu Implantaten.

Mit dem Roboter Patienten präzise bewegen

Dass man auch bei der Roboterschmiede Kuka längst nicht mehr nur auf Standard-Industrieapplikationen fokussiert, beweisen die Augsburger mit wegweisender Robotertechnologie für modernste Strahlentherapieverfahren. Gemeinsam mit Siemens Health Care ist es gelungen, ein hochpräzises Patienten-Positionierungssystem zu entwickeln, das im kürzlich eröffneten Heidelberger-Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT zum Einsatz kommt.

Bei der dort angewandten Therapie trifft ein Partikelstrahl aus Kohlenstoff-Ionen oder Protonen millimetergenau den Tumor des Patienten ohne das angrenzende Gewebe zu schädigen. Dank seiner sechs Freiheitsgrade kann der Kuka Roboter, der die Basis des Systems bildet, Patienten flexibel und präzise bewegen, was mit konventionellen Patiententischen nicht gelingt.

Bei der Patientenpositionierung bestand die Herausforderung vor allem darin, die notwendige Präzision und ein Höchstmaß an Sicherheit zu garantieren: „Dafür mussten wir eine ganze Reihe von Komponenten des Roboters anpassen. Aber es hat sich gelohnt; die Leistungsfähigkeit des Patienten-Positionierers ist bislang einzigartig“, berichtet Ralph Berke, Leiter des Bereichs Medizinrobotik bei Kuka Roboter. „Eine tonnenschwere Maschine bringt einen Patienten mit einer Genauigkeit im Submillimeter-Bereich in Stellung und kann bei Bedarf in Zehntel-Millimeter-Schritten die Position korrigieren. Damit setzen Siemens und Kuka Roboter einen neuen Standard.“

Kuka-Roboter zum Schleifen und Polieren von Implantaten

Aber auch in anderen Bereichen der Medizintechnik kommen Kuka-Roboter seit Jahren erfolgreich zum Einsatz. So übernehmen zwei Sechsachser das vollautomatische Schleifen und Polieren von Implantaten. Dabei arbeiten die zwei Roboter beim Handling der Hüftprothesenschäfte quasi Hand in Hand. Der Hersteller Aesculap freut sich über gestiegene Produktivität sowie über reproduzierbare und einheitlich hohe Qualität.

Spektakuläre Forschungsprojekte des DLR

Zwei Technologieprojekte aus dem Bereich Medizintechnik könnten sich zum Publikumsmagneten auf der AUTOMATICA 2010 entwickeln. Das Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. zeigt das „DLR Herz“, das Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz eine echte Alternative zur Herztransplantation bietet. Patienten sollen bei bestmöglicher Lebensqualität und Mobilität so rasch wie möglich in ihr gewohntes Umfeld zurückkehren.

Mit der Entwicklung eines voll implantierbaren Herzunterstützungssystems DLR-VAD können die bisherigen Einschränkungen überwunden und eine langfristige Therapie durchgeführt werden. Die neuartige Antriebstechnik DLR-VAD basiert auf der langjährigen Entwicklung von Leichtbaurobotern.

Ein zweites bahnbrechendes Projekt ist „MiroSurge“, ein Robotiksystem für die minimal invasive Chirurgie. Wie bei vielen anderen Applikationen in der Robotik spielt bei MiroSurge die Bildverarbeitung eine Schlüsselrolle. Der Arzt steuert über spezielle Eingabegeräte drei Roboterarme, wovon zwei mit Instrumenten wie Zangen, Scheren und ein weiterer Roboterarm mit einer Stereo-Endoskopkamera bestückt sind.

OP-Roboter soll bald marktreif sein

„In den kommenden drei bis vier Jahren soll die Entwicklung der MIRO-Arme mit all den Optimierungs-, Reglereinstellungs- und Sicherheitsaspekten und medizinischen Zulassungen abgeschlossen sein und durch Integration in ein OP-Gesamtsystem marktreif gemacht werden“, so Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirzinger, Direktor des Instituts für Robotik und Mechatronik am DLR.

Bei den Roboterarmen handelt es sich um die vom DLR entwickelten Miro-Leichtbauroboter mit nur je 10 kg Gewicht. Die ebenfalls vom DLR entwickelten minimal invasiven Instrumente erlauben durch integrierte Sensorik feinfühliges Operieren im Körper des Patienten. Der Chirurg sitzt dabei bequem an einer Eingabekonsole, die ihm sowohl die Kräfte und Momente an den Instrumentenspitzen als Force-Feedback darstellt, wie auch das Videobild aus dem Patienteninneren in 3D.

Die neue Sensorfamilie von Balluff zeichnet sich durch hohe Reichweiten und kompakte, einheitliche Bauformen für große Konstruktionsfreiheit im Anlagendesign aus. Bild: Balluff

Die Sensorfamilie BOS 23K besteht aus Komponenten für die optische Objekterfassung: Einweglichtschranke, Reflexlichtschranke, Lichttaster und Lichttaster mit Hintergrundausblendung (HGA). Wie Balluff mitteilt ermöglichen hohe Reichweiten und kompakte, einheitliche Bauformen für große Konstruktionsfreiheit im Anlagendesign. Kennzeichen des Lichttasters mit HGA ist die Tastweite von 1,2 m. Der auch bei Tageslicht sehr gut sichtbare Lichtfleck mit scharfen Konturen helfe bei der Ausrichtung des Sensors. Die präzise Justage erfolge bei der HGA über ein 18-Gang Potentiometer mit einem Anzeigefenster für die Tastweiteneinstellung. Aufgrund der sehr kleinen Grauwertverschiebung (3% bei 600 mm Tastweite) erkenne der neue Sensor verschiedenfarbige Objekte vor einem reflektierenden Hintergrund absolut zuverlässig. Tast- oder Reichweite über eine Remoteleitung einstellbar Die anderen Varianten verfügen über Teach-Tasten mit fühlbaren Druckpunkten und zeichnen sich ebenfalls durch ein präzises Schaltverhalten aus, heißt es weiter. Der energetische Reflexlichttaster, die Reflexionslichtschranke sowie die Einweglichtschranke verfügen außerdem noch über die Möglichkeit, die Tast- oder Reichweite über eine Remoteleitung einzustellen.

Dies ist laut Balluff vor allem dann interessant, wenn der Sensor unzugänglich eingebaut werden muss. Weiterhin sei ein dynamisches Einlernen der Sensorfunktion bei laufendem Prozess möglich.

Die Einweglichtschranke lässt sich von Sensor- sowie Empfängerseite aus über eine elektronische Einstellhilfe justieren. Zum Schutz vor Manipulation verfügen die Sensoren über eine Tastensperre. Ein Einsatz auch unter rauen Umgebungsbedingungen wird durch das robuste, glasfaserverstärkte Kunststoffgehäuse mit Schutzart IP67 und Ecolab-Zulassung gewährleistet, heißt es. Ein seitlicher Optikschutz verhindere außerdem ein mögliches Beschädigen der Fresnellinsen. Die rundum sichtbaren LED erleichtern das Einstellen des Sensors.

Der Faro-Laser-Tracker, der auf der Automatica 2010 zu sehen ist, findet aufgrund seines großen Messvolumens und seiner hohen Genauigkeit vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Robotik. Bild: Faro

Faro präsentiert auf der Automatica 2010 den Faro-Laser-Tracker ION sowie den Faro-Arm und Scan-Arm, die auch in Kombination mit dem Laser-Tracker als Track Scan-Arm benutzt werden können. Speziell der Laser-Tracker findet aufgrund seines großen Messvolumens und seiner hohen Genauigkeit vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Robotik. Um die Absolutgenauigkeit der Roboter zu steigern müssen die aktuellen Parameter der Roboter bestimmt werden. Parameter sind unter anderem die Armlängen, Exzentrizitäten in den Encodern und Teilungsfehler der Encoder. Weil diese Größen nicht direkt gemessen werden können, wird ein spezielles Messverfahren eingesetzt. Es werden also n Roboterposen im Raum vermessen. Eine Pose setzt sich immer aus der XYZ-Position des TCP (Tool Center Point) und den drei Orientierungswinkeln im Raum zusammen. Zum Bestimmen einer Roboter Pose wird eine Adapterplatte am TCP befestigt, die zum Beispiel vier Aufnahmen für die Reflektorkugel (SMR) des Faro-Laser-Tracker hat. Diese vier Aufnahmen wurden im Vorfeld in Bezug zum TCP vermessen, haben also XYZ-Koordinaten in einem örtlichen Koordinatensystem (KS1).

Einmessen des Roboters in das Fahrzeug-/Werkstückkoordinatensystem

In jeder Pose, die der Roboter nun anfährt, werden mindestens drei Aufnahmen mit dem Laser-Tracker gemessen und bekommen so XYZ-Koordinaten im Laser-Tracker-Koordinatensystem (KS LT.) Durch eine 3D-Koordinatentransformation von KS1 zu KS LT über mindestens drei identische Punkte wird der TCP in das KS LT überführt und über die Transformationen werden auch gleichzeitig die Orientierungswinkel bestimmt. Nach der Vermessung liegen also n TCP-Punkte im KS LT vor. Die gleichen TCP-Punkte werden von der Robotersteuerung aufgezeichnet. Nun können die TCP-Punkte KS LT in das Roboterkoordinatensystem überführt werden.

Eine weiteres Thema ist das Einmessen des Roboters in das Fahrzeug-/Werkstückkoordinatensystem. Dabei wird zunächst der Faro-Laser-Tracker in das entsprechende Koordinatensystem eingemessen. Anschließend werden Roboterposen wie beschrieben gemessen und der TCP über die Koordinatentransformation in das Koordinatensystem transformiert. Weil der Roboter die Posen im Roboterkoordinatensystem kennt und die Posen im gewünschten Koordinatensystem gemessen hat, kann das Roboterkoordinatensystem auf das gewünschte Koordinatensystem transformiert und die Parameter an die Robotersteuerung übergeben werden.
Faro Europe GmbH & Co. KG auf der Automatica 2010: Halle B1, Stand 123

Bei der CNCell handelt sich dabei um eine platzsparende Fertigungszelle mit CNC, die diverse Anwendungen automatisiert. Bild: Scheugenpflug

Scheugenpflug, ein Hersteller von Dosier- und Vergussanlagen für Gießharze und andere industrielle Materialien, zeigt auf der Automatica in Halle A1, Stand 133, die CNCell mit Rundtakttisch. Die platzsparende Produktionszelle automatisiert vier wesentliche Arbeitschritte und optimiert die Mensch/Maschine-Interaktion im Sinne der Lean Production. Zudem findet auf dem Stand auch eine Live-Demo statt, bei der mit Hilfe der Silikonaufbereitungs- und Förderanlage A300 von Scheugenpflug rutschfeste Pads vergossen werden. Scheugenpflug-Systeme werden heute in unterschiedlichen Industriesparten, von der Medizintechnik bis hin zu Photovoltaik, weltweit eingesetzt. Die Anlagen unterstützen die Automatisierung sämtlicher Prozesse rund um den Verguss industrieller Harze und werden unter anderem zum Vorwärmen, Plasmavorbehandeln, Reinigen, Dosieren, Vergießen, Auftragen, Verschrauben, Crimpen und Aushärten industrieller Anwendungen genutzt.

CNCell mit CNC spart Platz

Bei all diesen Prozessen stehen Scheugenpflug-Systeme für Effizienz, Qualität, Bedienkomfort, Nachvollziehbarkeit und ein ausgesprochen intelligentes Preis/Leistungsverhältnis. Bei der CNCell handelt sich dabei um eine platzsparende Fertigungszelle mit CNC, die diverse Anwendungen automatisiert und den gesamten Produktionsprozess erheblich dynamisiert, so der Hersteller.

Die Fertigungszelle ist komplett modular ausgerichtet, kann also je nach Bedarf zusammengebaut und erweitert werden. Auf dem Messestand wird auch eine Live-Demo stattfinden. Dabei werden rutschfeste Silikonpads vergossen. Die kleinen Matten haften auf Kunststoffoberflächen und dienen als Handy-Halterung oder Glasuntersatz. Sie werden Standbesuchern nach dem Verguss als kleines Präsent überreicht.
Scheugenpflug AG auf der Automatica 2010: Halle A1, Stand 133

Schmersal hat eine neue Baureihe von Sicherheits-Lichtvorhängen entwickelt, bei denen der Anwender für die Parametrierung der Blanking-Funktion keine PC-Software oder kein Programmiergerät mehr benötigt. Bild: Schmersal

Im Vergleich zur konventionellen Schutztür erlauben optoelektronische Schutzeinrichtungen häufig eine größere Flexibilität beim Bedienen der Maschinen. Nochmals flexibler ist der Bediener, wenn er Sicherheits-Lichtvorhänge mit parametrierbaren Muting- und Blanking-Funktionen nutzt. Über das sogenannte Blanking lässt sich ein Teilbereich im Schutzfeld ausblenden, ohne dass ein Stopp-Signal ausgelöst wird. In diesem Bereich wird dann zum Beispiel ein Transportband oder eine Hilfs- oder Stützkonstruktion der Maschine positioniert. Nochmals größere Flexibilität erlaubt das Floating Blanking. Dabei können Lichtstrahlen an einer nicht fest definierten Position ausgeblendet werden. Dies ist dann sinnvoll, wenn sich Objekte, zum Beispiel bewegliche elektrische Leitungen, im Schutzfeld befinden. Die Ausblendung bewegt sich dann mit dem auszublenden Gegenstand nach unten oder oben – daher der Begriff „floating“. Wird die Objektgröße verändert, führt dies zur Abschaltung des Sicherheitslichtvorhangs.

Bei der Baureihe SLC 420 können mit Ausnahme des Synchronisationsstrahls sämtliche Strahlen für die Ausblendung genutzt werden. Dabei stehen unterschiedliche Blanking-Funktionen zur Auswahl: eine feste und eine bewegliche Ausblendung. Welche man wählt, hängt davon ab, ob sich ein Objekt dauerhaft oder nur temporär im Schutzfeld befindet.

Schmersal hat nun eine neue Baureihe von Sicherheits-Lichtvorhängen entwickelt, bei denen der Anwender oder der Maschinenbauer für die Parametrierung der Blanking-Funktion keine PC-Software oder kein Programmiergerät mehr benötigt. Statt dessen werden diese Funktionen bei der Baureihe SLC 421 mit externen Befehlsgeräten im Teach-in-Modus festgelegt. Über einen Schlüsselwahlschalter aktiviert der Anwender den gewünschten Einlernmodus; eine LED am Lichtvorhang zeigt den Betriebszustand an.

Schmersal GmbH auf der Automatica 2010: Halle A2, Stand 303

Die stolzen Preisträger des MM-Award zur Automatica 2008. Auch in diesem Jahr wird der prestigeträchtige Preis wieder ausgeschrieben. Bild: Strutzke

Die Bewerbungsfrist für den MM-Award zur Automatica 2010 ist verlängert worden. Unternehmen können sich jetzt bis zum 31. Mai 2010 für den prestigeträchtigen Preis bewerben, der in acht Kategorien bei einer Festveranstaltung am 8. Juni ab 17 Uhr auf der Messe Automatica in München vergeben wird. Bewerben können sich alle Aussteller der Fachmesse. MM Maschinenmarkt prämiert die innovativsten Exponate der Automatica 2010. Die Innovationen sollen auf den Messeständen präsentiert werden und dürfen nicht älter als 12 Monate sein. Entwicklungsprojekte werden nicht berücksichtigt; die neu entwickelten Komponenten und Systeme müssen zum Zeitpunkt der Präsentation käuflich zu erwerben sein. Ein Hersteller kann mehrere Innovationen zum Wettbewerb um den MM-Award einreichen.

MM-Award zur Automatica 2010 in acht Kategorien

Die Innovation kann sich sowohl auf eine vollständig neue Entwicklung als auch auf eine Weiterentwicklung, die sich wesentlich vom bisherigen Stand der Technik unterscheidet, beziehen. Bewertet werden der Grad der technischen Innovation, die Wirtschaftlichkeit und das Design beziehungsweise systemintegrative Merkmale.

Der MM-Award zur Automatica 2010 wird in den folgenden Kategorien vergeben:

• Knickarmroboter
• Scara-Roboter
• Montage
• Bildverarbeitung
• Zuführ- und Fördertechnik
• Sensorik
• Greifertechnik
• Antriebstechnik

Weitere Informationen und die Bewerbungsunterlagen finden Sie unter den unten stehenden Links.

Weitere Informationen zum MM-Award zur Automatica ...

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