Industrieroboter: Wie Roboter den Mittelstand verändern

Bislang mussten Roboter in der Industrie aus Sicherheitsgründen in Käfigen werkeln. Langsam beginnen Mensch und Maschine, Hand in Hand zu arbeiten. Davon kann auch der Mittelstand profitieren.

"Wir wappnen uns mit Robotern, die mit Menschen zusammenarbeiten, für den demografischen Wandel"

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Es kann losgehen. Stephan Bernstein ist an einem Metallgestell fixiert. Augenklappen und Kopfhörer machen ihn blind und taub. In wenigen Sekunden wird eine fein erdachte Folter beginnen.

Pendel mit zunehmend schwereren Gewichten werden auf den Körper des 56-Jährigen einwirken. Assistenten an seiner Seite testen, wann die Pendel die Schmerzschwelle des schlanken Mannes erreichen.

Bernstein befindet sich weder in einem schummrig beleuchteten Keller, noch ist einer der Beteiligten in Lack oder Leder gehüllt. Der Raum ist lichtdurchflutet, die Beobachter tragen Jeans und T-Shirt. Ziel der Veranstaltung ist nicht, die Testperson zu quälen, sondern Schmerzen und Verletzungen künftig zu vermeiden.

Das Labor des Fraunhofer-Instituts IFF in Magdeburg ist eine der Einrichtungen in Deutschland, die zurzeit erforschen, wann Zusammenstöße von Robotern mit Menschen gefährlich werden. Im Zentrum steht die Frage, wie kräftig ein zufälliger Schubser von einem Roboter sein darf, bevor ihn Menschen als unangenehm empfinden. „Wir wollen die Roboter aus den Käfigen befreien“, sagt Norbert Elkmann, der Leiter des Bereichs Robotersysteme des Fraunhofer in Magdeburg, „Roboter und Menschen sollen Hand in Hand arbeiten.“

Selbstständig agierende Automaten an der Seite des Menschen zählen zu den wichtigen Elementen der digitalen Fertigung, auch Industrie 4.0 genannt, an der die Unternehmen mit Hochdruck arbeiten. Verrichten Produktionsroboter heute noch ihr Schweiß-, Lackier- und sonstiges Tagwerk vorwiegend hinter Gittern, kooperieren sie künftig direkt mit Menschen.

Die größten Trends in Hannover

Festo – Wo die Natur Antworten liefert

Jedes Jahr stellt Festo auf der Hannover Messe ein neues Bionik-Konzept vor. Auf dem Messestand des Industrieautomatisierers aus Esslingen werden Ameisen zu sehen sein – kybernetische natürlich. Die BionicANTs – „ANT“ (das englische Wort für Ameise) steht dabei sowohl für das natürliche Vorbild als auch für „Autonomous Networking Technologies“ – imitieren das Staatenverhalten der Ameisen. Erstmals wird damit das kooperative Verhalten von Tieren mittels komplexer Regelalgorithmen in die Welt der Technik übertragen.

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TU Wien – Alu in Pulverform

Bei Stahl und Titan ist das Sintern als Produktionsverfahren bekannt und erprobt. Forscher der TU Wien wollen das Spritzgussverfahren jetzt auch auf Aluminium-Legierungen übertragen.

Wer heute ein kompliziertes Metallteil herstellen will, greift meist auf das Sintern genannte Metallpulver-Spritzgussverfahren zurück, bei dem Metallpulver mit Kunststoff versetzt, in Form gepresst und bei hohen Temperaturen zu einem soliden Metallwerkstück zusammengebacken wird. Bislang funktionierte diese Technik jedoch nicht mit Aluminium.

Das neue pulvermetallurgische Verfahren soll es erlauben, komplizierte Formen herzustellen, die auf andere Weise gar nicht oder nur mit großem Aufwand realisierbar wären. Da das pulverförmige Ausgangsmaterial relativ preiswert ist, können bei überschaubaren Kosten auch relativ große Bauteile produziert werden, sodass in der Massenproduktion im Vergleich zur konventionellen Fertigung Material- und Gewichtseinsparungen von mehr als 50 Prozent möglich sind.

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Weippert – Das Gewicht herunterschrauben

In nahezu jeder Maschine stecken unzählige Schrauben in den unterschiedlichsten Größen – sie halten die Produktionsanlagen quasi zusammen. Hier Gewicht zu sparen, kann sich positiv auf die gesamte Maschine auswirken. Die Firma Weippert stellt auf der Hannover Messe neue WT-Kunststoffschrauben vor, die – bei Beachtung der technischen Anforderungen – im Vergleich zu Alu- und Edelstahlschrauben bis zu 70 Prozent leichter sein sollen.

Die Ingenieure von Weippert stellen einen ganz einfachen Vergleich an: Während ihre WT-Kunststoffschraube M6x40 aus PA6 GF30 lediglich 1,6 Gramm wiegt und aus PA6 GF50 gerade einmal 1,8 Gramm, bringt die gleiche Metallschraube aus A2 satte 9,3 Gramm auf die Waage. Dass Kunststoffschrauben nicht die gleiche Festigkeit wie Stahlschrauben aufweisen, sei dabei nicht immer ein Problem. Denn mit einer individuellen Konstruktionsanpassung unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften könnten meist auch Kunststoffschrauben statt Stahlschrauben verwendet werden, so Weippert.

Selbst wenn die Kunststoffschraube eine Nummer größer dimensioniert wird als die Stahlschraube, wenn also beispielsweise statt einer M4 eine M6 zum Einsatz kommt, ist die Gewichtseinsparung immer noch deutlich.

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Sonotec – Vorbeugen statt heilen

Eines der großen Themen der Industrie 4.0 ist die Predictive Maintenance, also die vorbeugende Instandhaltung. Der Ultraschallspezialist Sonotec stellt mit dem Sonaphone auf der Hannover Messe ein neues Gerät vor, dass die Wartung einfacher machen soll.

Die möglichst genaue Vorhersage eines optimalen Wartungszeitpunktes gewinnt in der Wertschöpfungskette zunehmend an Bedeutung. Die mobilen Ultraschallmessgeräte, die zur Grundausstattung vieler Instandhalter gehören, tragen damit maßgeblich zu einer erhöhten Anlagensicherheit und -verfügbarkeit bei. Auf der Sonderausstellung Predictive Maintenance 4.0 will Sonotec zeigen, wie Unternehmen Energie einsparen und die Effizienz der gesamten Produktion mit Ultraschallmessgeräten verbessern können.

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Bionic Robotics – Arm mit Charme

Bionic Robotics präsentiert auf der Hannover Messe einen Leichtbauroboter, dessen Bewegungsablauf und Größe sich an einem außerordentlich erfolgreichen Vorbild orientiert – dem menschlichen Arm. Die Bionic Robotics GmbH, 2010 als Spin-Off der TU Darmstadt gegründet, setzt als innovationsgetriebenes Unternehmen vor allem auf die Entwicklung und Produktion von extrem leichten Roboterarmen. Vergleichbar elastisch und mit seinen vier bis fünf Gelenken besonders flexibel im Aufbau, sorgen die in die Basis des BioRob verlegten Antriebe zudem für eine geringe bewegte Masse im Roboterarm. Damit ist der BioRob prädestiniert für den Einsatz in der industriellen Automation, wo er Transport-, Pick & Place-, Palettier- oder wechselnde Handhabungsaufgaben mit kleinen und mittleren Losgrößen übernehmen kann.

Laut dem Unternehmen ist BioRob der einzige kollaborative Roboter – er darf also ohne Schutzkäfig direkt mit Menschen zusammenarbeiten –, der ohne aufwändige Sensortechnologie und Steuerungstechnik auskommt. Selbst bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten würden die Kräfte im Falle eines ungewollten Kontaktes mit menschlichen Arbeitskollegen bauartbedingt so weit reduziert, dass keinerlei Verletzungsgefahr besteht – die besonders leichte und nachgiebige Struktur des BioRob macht es möglich.

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Fluid Dynamix – Der unbewegte Beweger

Das Berliner Start-up FDX Fluid Dynamix feiert auf der Hannover Messe die Premiere seiner einzigartigen OcsiJet-Düse, mit der es dank eines fluidischen Oszillators erstmals möglich ist, einen bewegten Strahl ganz ohne bewegliche Teile zu erzeugen.

Um für eine gute Durchmischung von Gasen und Flüssigkeiten zu sorgen, kommen die dafür verwendeten Komponenten so gut wie nie ohne bewegliche Bauteile aus, woraus beinah schon zwangsläufig eine gewisse Reparaturanfälligkeit und ein erhöhter Wartungsbedarf resultieren. Die neue Düse von FDX erzeugt den schwingenden Fluidstrahl jedoch ohne bewegliche Teile. Mit einem schnell, effizient und genau anpassbaren Frequenzspektrum, welches von wenigen Schwingungen pro Sekunde bis fast in den Ultraschallbereich reicht, liefert die OsciJet-Düse für beinah jeden Prozess den notwendigen Frequenzbereich – ob Kraftstoff-Luft-Mischungen in Motoren oder der Wasserstrahl in Geschirrspülmaschinen.

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MediGlove – Heilende Handschuhe
Auf dem Stand der Hochschule Anhalt zeigen die Designer Thomas Kores und Philipp Rösler aus Dessau erstmalig einen vollen interaktiven Prototyp eines medizinischen Diagnostik-Handschuhs, der die Funktionen von Stethoskop, Thermometer und Pulsmesser vereint.

Mit MediGlove sollen nicht nur die Untersuchungen intuitiver „von der Hand gehen“, sondern über natürliche Gesten auch hochauflösende Messwerte ermittelt und automatisch in eine digitale Krankenakte eingepflegt werden können, um sie so längerfristig und ganzheitlich nachvollziehbar zu machen. Der als Design-Projekt der Hochschule Anhalt konzipierte MediGlove ist bereits mit zwei Sonderpreisen ausgezeichnet worden.

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Das wird ein neues Zeitalter in der gesamten industriellen Produktion einläuten. Bislang setzen vor allem große Konzerne Roboter ein. Doch das ändert sich jetzt. „Die neue Technik macht den Einsatz von Robotern flexibel und damit auch für kleinere Unternehmen interessant“, sagt Stefan Sagert, Robotikexperte beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau. „Wir gehen davon aus, dass der Anteil der Mensch-Roboter-Systeme in den kommenden Jahren steil ansteigt.“

Klassische Roboter wiegen bis zu fünf Tonnen, entfalten enorme Kräfte und beschleunigen Werkstücke von über einer Tonne Gewicht auf eine Geschwindigkeit von bis zu zwei Metern pro Sekunde.

Vor wenigen Monaten kam im Volkswagenwerk im hessischen Baunatal ein Arbeiter beim Einrichten eines solchen Monstrums ums Leben. „Ein herkömmlicher Industrieroboter kann ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen ein gefährlicher Geselle sein“, sagt Fraunhofer-Experte Elkmann.