Neuer leichter Roboter-Greifer vom Fraunhofer Institut
Gewichtsreduzierung im Maschinenbau für die Verpackungsindustrie kann ein Schlüsselfaktor sein
Leichtbauexperten des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA haben einen Sauggreifer so optimiert, dass er deutlich weniger wiegt und mit einem 3D-Drucker produziert werden kann. Der Vorteil: Der Roboter, an dem der Greifer montiert ist, kann sich schneller und mit weniger Aufwand bewegen.
Es dauert nur etwa zehn Sekunden, und selbst erfahrene Ingenieure müssen genau hinschauen, was passiert: Zwei sich bewegende Hälften einer Spritzgießmaschine trennen sich und ein Roboterarm nähert sich. Die Maschine drückt mit Hilfe von Pins 24 kreisförmige Kunststoffteile aus ihrer Form, die gleichzeitig vom Vakuumgreifer des Roboters angesaugt werden.
Aluminium- und Pneumatikzylinder treffen auf 3D-Druck
Der Greifer besteht aus zwei unabhängig voneinander beweglichen Aluminiumplatten, die jeweils mit zwei Pneumatikzylindern und zwölf Konturstücken mit integrierten Saugern ausgestattet sind. Die unteren zwölf Konturstücke entfernen halbfertige Kunststoffteile und führen sie dem nächsten Arbeitsgang zu. Die oberen bleiben während dieses Prozesses starr. Sie transportieren die fertigen Gussteile, die sie dann auf einer Montagelinie platzieren.
Die „Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH“ aus Lichtenfels in Oberfranken entwickelt und produziert den zweiteiligen Vakuumgreifer für einen Automobilzulieferer. Bis heute hat es mit seinen 24 Konturstücken, den beiden beweglichen Aluminiumplatten mit Pneumatikzylinder und einer weiteren Bodenplatte insgesamt 21 kg gewogen. Wenn es leichter wäre, könnte sich der Roboter, an dem der Greifer montiert ist, entweder schneller bewegen oder bei gleicher Geschwindigkeit weniger Energie verbrauchen.
Um dies zu erreichen und den Greifer zukünftig mit 3D-Druckern herstellen zu können, haben Forscher der Abteilung Leichtbautechnologien am Fraunhofer IPA und Ingenieure der Hofmann GmbH ihn entsprechend optimiert. Der Werkzeug- und Maschinenhersteller verfügt über großes Know-how in den Bereichen Greifersysteme und 3D-Druck.
Ein filigraner Rahmen statt massiver Platten
Das Ergebnis ist ein Modell für einen Vakuumgreifer mit völlig neuem Aussehen: Anstelle der massiven Aluminiumplatten entwickelten Christoph Birenbaum und sein Team ein filigranes, verzweigtes Gerüst, das genau den Kräften standhält, die beim Aufnehmen auf den Greifer auf die Kunststoffkomponenten wirken.
„Wir haben alles überflüssige weggelassen“, erklärt Birenbaum. Die Forscher haben die Leitungen zu den einzelnen Saugköpfen ins Innere des Gerüsts gebannt, weshalb der optimierte Vakuumgreifer jetzt aufgeräumter wirkt.
Die Wissenschaftler haben aber auch die Funktionsweise des Greifers verändert. Sie ersetzten die Pneumatikzylinder durch leichtere Druckfedern, die nun die 24 Sauggreifer einzeln bewegen. Die Stifte, die die Kunststoffteile in der Spritzgießmaschine aus ihren Formen drücken, drücken jetzt auch die Federn. Verriegelungsvorrichtungen halten sie so lange gedrückt, bis der Roboterarm positioniert ist.
Bis zu 15 Kilogramm weniger Gewicht
Wenn Sie den überarbeiteten Vakuumgreifer ausdrucken, würde er 14 Kilogramm wiegen – sieben Kilogramm weniger als in der ursprünglichen Version. Eine noch größere Gewichtsersparnis wäre möglich:
„Wenn der Greifer aus Kunststoff und nicht aus Aluminium besteht, würde er nur sechs Kilogramm wiegen“, sagt Birenbaum. „Unsere Simulationen zeigen, dass selbst ein Kunststoffgreifer den beim Handling auftretenden Kräften standhält. Die Frage ist nur, ob diese Greifer dann den hohen Temperaturen um eine Spritzgießmaschine langfristig standhalten können.“
Es ist auch unklar, wie viel Zeit oder Energie mit dem reduzierten Greifer eingespart werden kann. „Das lässt sich nur quantifizieren, wenn wir wissen, bei welchen Robotern der leichte Vakuumgreifer zum Einsatz kommt“, erklärt Birenbaum. Ohne praktische Tests geht es also nicht, bis Hofmann den Greifer in Serie produzieren kann.
Quelle: ipa.fraunhofer.de – Pressemitteilung.
