Kartesisches System oder Roboter?

Industrielle Automatisierung ist nicht länger nur eine Vision oder eine Option. Sie ist eine Tatsache. Als konkreter Teil der Wirtschaft erhöht sie die Komplexität für Produktions- und Layoutplaner, die beauftragt sind, neue Lösungen zu entwerfen, die Prozesse zu verbessern und produktiver, effizienter und effektiver zu gestalten.

Wie können Sie also die beste Automatisierungslösung für die Erstellung eines neuen Produktionsprozesses mit einer oder mehreren Anwendungen oder für die Weiterentwicklung eines bestehenden Prozesses auswählen?

Wie kann man gleichzeitig vermeiden, Wege zu gehen, die am Ende teurer sind und weniger funktional für die tatsächlichen Anforderungen des Unternehmens?

Oft wäre die erste Wahl vieler Designer ein Roboter.

Das kartesische System hingegen kann in vielen Anwendungsbereichen eine ebenso interessante Option sein, und in vielen Fällen können sich beim Vergleich der beiden Lösungen – wie wir gleich sehen werden – einige sehr interessante und nicht ganz offensichtliche Aspekte zugunsten dieser Option ergeben.

Kartesische lineare Automationssysteme sind besonders leistungsfähig und liefern exzellente Ergebnisse, wenn bestimmte Betriebsbedingungen oder Layouts von Produktionsbereichen vorliegen, die sich für ihren Einsatz eignen.

Wie zum Beispiel folgende:

• Die Anwendung beinhaltet eine lineare Bewegung über einen großen Arbeitsbereich.
• Es muss Platz für die Automatisierung einer Linie geschaffen werden, ohne dass vor/um die Maschine herum Hindernisse entstehen (was beim Einsatz von Robotern fast unvermeidlich ist).
• Einzelne Achsen sollen individuell angesteuert werden können.
• Eine sehr schwere Last muss auf der (vertikalen) Z-Achse bewegt werden.
• Eine Variable, die bei der Auswahl des Systems berücksichtigt werden muss, ist die Möglichkeit, sich auf eine kostengünstige, einfache Wartung zu verlassen...

...dann ist das kartesische System die bessere Option.

Produktiv, leistungsstark und ohne Grenzen im Arbeitsbereich

Wenn wir es mit einer langen Produktionslinie zu tun haben, in der sich Halbfertigprodukte durch verschiedene Stationen bewegen, oder wenn das Layout des Produktionsbereichs nur begrenzten Platz um die Maschinen herum bietet (es aber erlaubt, vertikal zu bauen), ist das kartesische System in der Lage, Bestleistungen zu erbringen und seine Arbeit besser zu erledigen als ein Roboter, auch im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit.

Wie viele Roboter müssten installiert, in Betrieb genommen und gewartet werden, nur um die gleiche Automatisierungsaufgabe zu erledigen wie ein einziges lineares Handlingssystem?

Wie lange würde es dauern, bis sich eine beträchtliche Investition amortisiert, wenn jeder Roboter zwar zum Einsatz käme, dann aber zwischen einer Automatisierungsaufgabe und der nächsten „warten“ müsste, bis er an der Reihe ist?

Und was würde im gleichen Szenario passieren, wenn die zu bewegende Last schwer wäre – so schwer, dass man für diesen Arbeitsschritt einen noch größeren Roboter bräuchte, mit allem, was das (wieder) an Größe, Stellfläche und Kosten mit sich bringt?

In diesen Situationen – d.h. bei einem großen Arbeitsbereich mit mehreren Stationen – erscheint das kartesische System als die natürliche Lösung zur Automatisierung des Prozesses. Diese Lösung ermöglicht nämlich die Automatisierung von Produktionslinien mit mehreren Stationen durch einen Roboter, der nie aufhören muss zu arbeiten, einer, der sich zwischen einem Punkt des Prozesses und einem anderen bewegen kann, wo immer seine Bewegungs- oder Automatisierungsfähigkeiten erforderlich sind.

Die kartesische Lösung erfüllt auch den Bedarf an unabhängigen Bewegungen auf einer einzigen Achse, was sich für die Optimierung des Arbeitszyklus als notwendig erweisen kann.

Die Bewegung entlang der drei Achsen X, Y, Z kann tatsächlich nach den individuellen Bedürfnissen für Bewegung und Automatisierung gleichzeitig oder, wie bereits erwähnt, autonom eingestellt werden.

Diese Möglichkeit bietet der Einsatz von Lösungen mit mehreren Läufern, die in der Lage sind, Lasten einzeln oder als Gruppen von mehreren Einheiten zu bewegen und verschiedene Bereiche des Produktionsprozesses auf unterschiedliche – und spezifische – Weise zu versorgen.

So ist es z. B. möglich, einen Zahnstangenantrieb auf der Y-Achse mit einer synchronisierten X-Achse und einer unabhängigen Z-Achse oder anderen spezifischen Kombinationen zu verwenden, wobei je nach geplanter und initiierter Anwendung bis zu 14 Läufer im gleichen Prozess oder gleichzeitig bewegt werden können.

Dies ist auch ein Ansatz, der es ermöglicht, den Arbeitsbereich komplett freizugeben, dank des vertikalen Lifts, der die Maschinenachse und das Werkzeug „verschwinden“ lässt.

Wie bereits erwähnt, bietet das kartesische System auch eine verbesserte Tragfähigkeit bei gleichzeitiger Bewegungsfreiheit und hält den Produktionsbereich übersichtlich.

Bei schweren Nutzlasten und Arbeitsprozessen mit mehreren Stationen ist ebenfalls die kartesische Lösung vorzuziehen.

In der Tat ist es die einzige Art der Automatisierung, die in der Lage ist, deutlich größere Lasten als ein Roboter auf der Z-Achse zu bewegen und dabei die Last in der gewünschten Position zu halten, wobei Präzision und Wiederholbarkeit garantiert werden, ohne dass eine ausgesprochen hohe Dynamik erforderlich ist.

Die Dynamik des kartesischen Systems kommt erst dann richtig zur Geltung, wenn wir die Aspekte der Installation und Wartung berücksichtigen.

Zwar ist es unbestreitbar, dass die Konstruktion einer maßgeschneiderten kartesischen Lösung für eine bestimmte Anwendung höhere „Grundkosten“ hat als ein einzelner Roboter, – ein Betrag, der umgekehrt proportional zur Anzahl der anzuschaffenden Roboter ist, die der Anzahl der zu automatisierenden Stationen entspricht – aber es ist auch unbestreitbar, dass die Wartung und die Inanspruchnahme des Kundendienstes des Lieferanten drastisch reduziert werden, sowohl wegen der einfachen Wartung der Portale – die fast immer im Rahmen der Möglichkeiten der internen Techniker des Unternehmens liegt – als auch wegen der Kosten, die anfallen würden.

Dieser Unterschied wird signifikant, wenn man stattdessen bedenkt, wie viel Wartungsarbeiten für einen Roboter kosten, nicht nur in Bezug auf den Stundenlohn für den Wartungsarbeiter, sondern auch in Bezug auf die für die Wartung benötigte Zeit.

Diese wird automatisch zu einer Ausfallzeit für die Produktion bzw. führt geringstenfalls zu einer deutlichen Reduzierung von Produktivität, Ertrag und Effizienz.

Wer sagt, dass sie nicht flexibel sind?

Werfen wir abschließend noch einen Blick auf das Thema der Anwendungs- und Einsatzflexibilität von Robotern im Vergleich zu einem kartesischen System.

Die Dynamik des kartesischen Systems wird durch die Einsatzflexibilität des Roboters „ausgeglichen“, obwohl der Aufwand für die Umplatzierung, die nachträgliche Neuprogrammierung und die Konstruktion der benötigten spezifischen Greifer oft recht hoch ist.

Wo kann ein kartesisches System angewendet werden?

Wenn der Industriedesigner also die oben aufgeführten „Wenn und aber“ hinter sich gelassen hat und verstanden hat, dass er sich für eine kartesische Automatisierung entscheiden sollte, wäre es an diesem Punkt sehr fair zu fragen, welche Produktionsbereiche genau für das System geeignet sind.

Einige typische Industriezweige, die sich gut für die kartesische Robotik eignen, sind:

• Verpackungsmaschinenbau
• Blechbearbeitung
• Logistik
• Lebensmittel und Getränke
• Automobilindustrie
• Beschichtungs- und Lackieranlagen
  

Möchten Sie mehr über kartesische Systeme erfahren und besser definieren, welcher Antrieb am besten zu wählen ist?

Focus: Die siebte Achse, wo lineare Handlingssysteme auf Roboter treffen.

Gibt es Situationen, in denen sich die für ein kartesisches Koordinatensystem typischen Fähigkeiten und Dynamiken mit denen eines Roboters kreuzen?

Die Antwort lautet: Ja. Dies ist der Fall, wenn es Bedingungen gibt, die es erfordern, dass ein Roboter durch eine externe lineare Achse bewegt wird, die sozusagen der siebte Freiheitsgrad oder, um es richtig zu nennen, die siebte Achse ist.

Wann ergibt sich eine solche Möglichkeit?

Wenn eine Erweiterung des Arbeitsbereichs des Roboters erforderlich ist. Typischerweise geschieht dies sowohl bei einem neuen Projekt als auch, wenn Sie die Leistung einer bestehenden Produktionslinie verbessern möchten.

Die Verwendung der siebten Achse kann bestimmte Nachteile kompensieren, die allen „statischen“ Lösungen mit sich bringen.

Ein Roboter, der sich auf der siebten Achse bewegen kann, hat folgende Vorteile:

• kann seine Flexibilität erhöhen, indem er auf mehreren Stationen/Maschinen arbeitet oder es sogar ermöglicht, dass sich verschiedene Roboter auf der gleichen Achse bewegen
• kann die Ausbeute und die Effizienz (auch wirtschaftlich gesehen) der Maschine erhöhen, die dank der Tatsache, dass sie sich bewegen kann, an verschiedenen Stationen eingesetzt werden kann, wodurch ihre Funktionen und die Rentabilität der Investition erhöht werden
• kann die Gesamtleistung der Anlage erhöhen, indem er seine Fähigkeiten in Bezug auf Präzision, Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit auch an anderen Arbeitsstationen zur Verfügung stellen kann.

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