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DER KONSTRUKTEUR 9/2021

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DER KONSTRUKTEUR 9/2021

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK SCHALTSCHRANKBAU MIT FINGERSPITZENGEFÜHL PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Eine werkstattorientierte Fertigung wird in der heutigen Zeit den steigenden Anforderungen im Schaltschrankbau nicht mehr gerecht. Ein Forschungsprojekt der Ruhr-Universität in Bochum stellt daher die Weichen für die Zukunft. In einer Versuchszelle untersuchen Forscher mit einer intelligenten Kombination aus Greifern, Drehmodul und Kraft-Momenten-Sensor, wie sich Verdrahtungsprozesse teilautomatisieren lassen. Der Gewinn liegt dabei auf der Hand. Vor 380 Millionen Jahren begann sich aus Flossen die menschliche Hand zu entwickeln – ein Instrument, das in vielerlei Hinsicht die Spitze der Evolution darstellt. Auch im Feld der Automation gibt es heute noch Anwendungen, bei denen man bisher noch die menschliche Hand braucht – trotz hochentwickelter Roboter. Der Schaltschrankbau ist so ein Bereich. Dort kommen Kabel unterschiedlichster Querschnitte zum Einsatz, werden verschiedenste Komponenten wie Lastschutzschalter, FI-Schutzschalter oder andere Re- Benedikt Janßen, Director Product Sales Mechatronics, Gripping Systems, SCHUNK GmbH & Co. KG lais verbaut – ganz individuell nach Kundenwunsch, mit Losgröße 1. Die flexiblen Kabel, die die unterschiedlichen Komponenten verbinden, müssen dabei drucksensitiv in Klemmen eingeführt werden, um elektrischen Kontakt herzustellen. Für eine automatisierte Lösung ist das eine große Herausforderung. Darüber hinaus nehmen die elektronischen Funktionalitäten im Maschinen- und Anlagenbau stetig zu, die Schaltschränke werden immer komplexer. Gleichzeitig steigen die Anforderungen der Kunden: Sie erwarten eine kürzere time-to-market, von der Planung bis zur Lieferung und dem Verbau des Schaltschrankes. Dr.-Ing. Alfred Hypki, Oberingenieur am Lehrstuhl für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum, beschäftigt diese Thematik schon lange. Seit rund drei Jahren forschen er und sein Team an einer Automatisierungslösung für sogenannte biegeschlaffe Teile, sprich die flexiblen Kabel, die im Schalt- 26 DER KONSTRUKTEUR 2021/09 www.derkonstrukteur.de

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NEU schrank in den Klemmen sitzen. Da etwa 50 % des Montageaufwands eines Schaltschranks auf die Verdrahtung entfallen, ist das Optimierungspotenzial enorm. DAS FORSCHUNGSPROJEKT ROBOSCHALT Anstoß zum Forschungsprojekt RoboSchalt (Förderkennzeichen ZF4060720RP7) gab der deutsche Schaltschrankbauer Schubs. Dieser fertigt unter anderem kundenindividuelle Schaltschränke schon ab Losgröße 1. Die resultierende hohe Variantenvielfalt in der Fertigung verursacht hohe Produktionskosten, welche zu Lasten der Wettbewerbsfähigkeit gehen. Hypki sagt: „Das zeigt, eine werkstattorientierte Fertigung wird den steigenden Anforderungen im Schaltschrankbau nicht mehr gerecht. Wir müssen neue und effizientere Lösungen entwickeln.“ Neben dem Schaltschrankbau sieht Hypki viele weitere Branchen, die von einer automatisierten Lösung bei der Montage biegeschlaffer Teile profitieren würden: „Bei der Aussicht, wie wir in Zukunft mobil sein werden, denken wir an Elektroautos mit einer Menge an Kabeln darin. Da könnten automatisierte Lösungen in der Verdrahtung viel Aufwand und Kosten sparen.“ Hypki und sein Team betreiben am Institut für Maschinenbau also Zukunftsforschung – und arbeiten dabei eng mit Schunk zusammen. SENSIBLE GREIFKRAFT UND FINGERPOSITION In einer Versuchszelle der Universität, die sich etwas abseits des Campus in einer großen Halle befindet, ist ein Schaltschrank aufgebaut, in dem auf mehreren Hutschienen Reihenklemmen in mehreren Größen montiert sind. In diese Klemmen soll ein ABB-Roboter flexible Kabel mit Querschnitten zwischen 0,75 mm² und 6 mm² stecken. Dafür setzen die Forscher eine Kombination aus Schunk-Komponenten ein. „Wir arbeiten schon lange mit Schunk zusammen. Für uns ist das der namhafteste Hersteller, wenn es um Greifer geht“, so Hypki. Er selbst hat auch schon öfter Vorträge auf den Expert Days des Automatisierungsspezialisten gehalten und Teilnehmer vom Know-how seiner Einrichtung profitieren lassen. Die Ruhr-Universität wiederum freut sich regelmäßig über Leihgaben des Kompetenzführers für Greifsysteme und Spanntechnik, wenn es um Ausrüstung zu Forschungszwecken geht. Am Roboter, der den Schaltschrank verdrahtet, sind zwei Schunk Greifer EGP mit IO-Link, eine Miniatur-Dreheinheit PRH und ein Kraft-Momenten-Sensor FT montiert. Beim Greifer war besonders wichtig, dass sich Greifkraft und Fingerpositionen genau einstellen lassen, denn bei der Handhabung der Kabel sollen die empfindlichen Adern nicht beschädigt werden. Über die Steuerung kann die Greifkraft eingestellt werden; so sind Greifkräfte von 20 bis 300 N flexibel möglich. Der mechatronische Kleinteilegreifer ist der leistungsdichteste seiner Art mit inte grierter Elektronik am Markt. Er besticht durch seinen hohen Wirkungsgrad dank wartungsfreier Servomotoren und einer leistungsfähigen Kreuzrollenführung. Die Finger des Greifers hat das Institut selbst entwickelt und additiv aus Metall gefertigt. Individuelle Produkte ab Losgröße 1 liegen zwar klar im Trend, verursachen aber häufig hohe Kosten, wie hier im Schaltschrankbau. Gut, dass es also Forschungsprojekte gibt, die durch den konkreten Bedarf aus der Industrie angestoßen werden. Sie sind nah an der Praxis, liefern die Basis für zukünftige Entwicklungen und bringen Unternehmen in eine wirtschaftlich bessere Position. Daraus ergibt sich wiederum neues Innovationspotenzial und es ist einfach spannend, welche Synergien sich daraus entwickeln. SAFETY WEBSHOP 24/7. EINFACH. SICHER. Der neue Online-Shop für Maschinensicherheit von Schmersal – für den bequemen und sicheren Einkauf von über 7.000 Sicherheitsund Automatisierungsprodukten. Mit vielen Produktinformationen, aktuellen Preisen und Lieferzeiten. ■ Bequem und sicher online einkaufen ■ Nutzerfreundlich mit neuen und verbesserten Funktionen ■ Schnelle Suchergebnisse dank komfortabler Navigation ■ Kein Aufpreis für Einzelbestellungen Bestellen Sie jetzt online: products.schmersal.com NICOLE STEINICKE, Chefredakteurin

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