Automatisierung beim Handling Wann Linearsysteme wirtschaftlicher als Roboter sind

Für eine effiziente und wirtschaftliche Montage und Handhabung setzen Fertigungsunternehmen auf Automatisierung. Industrieroboter haben sich in vielen Anwendungen als zuverlässiges Hilfsmittel bewährt. „Doch nicht immer sind sie die richtige Wahl“, sagt Thomas Hettich, Produktmanager bei IEF-Werner. „Es gibt Anwendungen, bei denen die teuren Roboter weit mehr können, als eigentlich verlangt ist. Und dann stimmt das Preis-Leistungs-Verhältnis nicht mehr. Positioniersysteme aus standardisierten Lineareinheiten können die deutlich wirtschaftlichere Alternative sein.“

Der Automatisierungsspezialist IEF-Werner aus Furtwangen im Schwarzwald entwickelt für seine Kunden individuell abgestimmte Positionierlösungen – von der einfachen Lineareinheit bis hin zum mehrachsigen, komplett montierten System in verschiedenen Baugrößen – je nach Einsatz mit Spindel-, Direktantrieb oder als Zahnriemenachse. „Wir bieten sowohl die entsprechenden Lösungen als auch das Prozess-Know-how“, so Hettich. Für eine effektive Automatisierung hat jede Lösung ihre Berechtigung auf dem Markt. Die Frage ist nur: Welche Technik ist für welche Anwendung die wirtschaftlichste?

Mangelnde Dynamik beim Roboter

„Bei bis zu zwei Achsen ist eine Linearführung in der Regel die bessere Wahl“, sagt Hettich. Vergleichen lassen sich beide Lösungen erst, wenn sie einen dreidimensionalen Raum abbilden müssen – sprich eine Kombination von mindestens drei Achsen oder ein Roboter im Einsatz ist. Dann ist zu definieren, welche Anforderungen das System erfüllen soll, etwa in Bezug auf Geschwindigkeit, Dynamik, die zu bewegende Last oder auf die Länge des Verfahrweges. „Linearführungen kommen immer dann zum Einsatz, wenn eine hohe Positioniergenauigkeit oder schnelle und präzise Bewegungen entlang einer Strecke gefordert sind, oder wenn schwere Bauteile bewegt werden müssen“, erklärt Hettich.

Linearführungen bieten an jeder Position die gleiche Steifigkeit, unabhängig wie schwer die Last ist. Denn der Abstand von der Achse zur linken und zur rechten Führung ist überall gleich – im Gegensatz zu einem Roboter. Je größer der Abstand zwischen Greifer und Drehachse, desto häufiger treten Vibrationen auf, was zulasten der Genauigkeit geht. Auch wirkt sich das Gewicht des zu handhabenden Bauteils negativ darauf aus.

„Bei einem Roboter habe ich die Möglichkeit, diesen entsprechend zu positionieren. Das kann ihn jedoch in seiner Freiheit einschränken oder auch andere Nachteile mit sich bringen“, sagt Hettich. Zum Beispiel sah ein Kunde für eine bestimmte Anwendung erst einen Roboter vor. Dieser musste jedoch aufgrund der Verfahrwege und der Bauteile entsprechend groß dimensioniert werden, was sich auf die Dynamik ausgewirkt hätte. Um die geforderte Präzision erfüllen zu können, hätten die Produkte im Kreis um den Roboter platziert werden müssen. Das erforderte wesentlich mehr Fläche. Ein Roboter wäre damit nicht wirtschaftlich, die Kosten für die benötigte Größe und Stellfläche wären unverhältnismäßig hoch gewesen.

Am Ende entschied sich der Kunde für ein Linearsystem. „Linearachsen mit Zahnriemen oder Zahnstangenantrieb können potenziell sehr große Hübe überwinden und sich so mühelos zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen schnell hin und her bewegen“, erklärt Hettich. „Damit bietet ein Linearsystem insbesondere in großen Bauräumen deutliche Vorteile.“

Lineartechnik für einfachere Aufgaben

„Wenn es darum geht, einfache Handling-Aufgaben zu lösen und die Anforderungen in Richtung Geschwindigkeit, Dynamik und Präzision gehen, raten wir in den meisten Fällen zu einem Linearsystem“, erläutert Hettich. Im Vergleich zu Robotern sind sie oftmals auch wesentlich kompakter. IEF-Werner kombiniert dabei unterschiedliche Antriebstechniken, je nach Anforderung kommen Spindel-, Direkt- oder Zahnriemenantriebe zum Einsatz.

Roboter eignen sich hingegen für komplexe Anwendungen. Ein klassischer Knickarmroboter hat deutlich mehr Freiheitsgrade. Damit kann er auch Dreh- und Schwenkbewegungen umsetzen. Das heißt, je mehr Bewegungsmöglichkeiten die Anwendung erfordert, desto mehr schlägt das Pendel Richtung Roboter aus. Zudem ist er flexibel positionierbar und erfordert keine aufwendige Unterkonstruktion.

„Es gibt auch Fälle, in denen es sich lohnt, Lineartechnik und Robotik zu kombinieren“, sagt Hettich. So lässt sich in der Montage und auch im Materialhandling die Effizienz deutlich erhöhen: Ein Roboter kann etwa auf einer Lineareinheit montiert sein, um sich so von einem Fertigungsplatz zum anderen zu bewegen. Die Linearachse erhöht damit die Reichweite des Roboters erheblich.

Unterschiede bei der Instandhaltung

Linearsysteme und Roboter lassen sich zudem unterschiedlich steuern, wie Michael Reißle, Softwareentwickler für Systeme bei IEF-Werner, ergänzt. Während Roboter eine eigene Sprache besitzen, ist die Hauptkomponente eines Linearsystems eine SPS. Der Aufwand für die Programmierung sei für beide Systeme sehr ähnlich.

Die Roboterprogrammierung konzentriert sich oft auf spezifische Aufgaben. Sie kann zeitaufwendig sein, erfordert jedoch meist weniger komplexe Programmierstrukturen. Die SPS-Programmierung ist dagegen flexibler und komplexer bezüglich der Steuerung und Überwachung von Prozessen – und beim Erfassen von Prozessdaten.

Auch in Sachen Instandhaltung ist der Anwender mit einem Linearsystem auf der sicheren Seite. Denn gerade in Applikationen, in denen es um enorme Stückzahlen und eine hohe Ausbringung geht, wird die Automatisierung stark beansprucht. „Bei Millionen von Zyklen muss ein Roboter irgendwann zur Revision zurück zum Hersteller, denn die Komponenten sind im Gehäuse verbaut und in der Regel schwer zugänglich“, sagt Hettich. Bei einer Achse können Reparaturen meist selbst vorgenommen werden. Das ist ein deutlicher Kostenvorteil. Die Lineareinheiten sind aus verschiedenen Einzelteilen wie Umlenkung, Planetengetriebe oder Führungselemente aufgebaut, die bei Bedarf einfach getauscht werden können. „Wir haben viele Applikationen bei unseren Kunden realisiert, die seit Jahren und sogar Jahrzehnten laufen“, berichtet Hettich.

Fazit

„Roboter oder Linearsystem? Die Frage ist nicht immer leicht zu beantworten und von Fall zu Fall sehr individuell“, resümiert der IEF-Experte. „Wir stehen unseren Kunden beratend zur Seite. Sind mehr als drei Achsen und Bewegungen wie etwa Drehen oder Schwenken gefordert, empfehlen wir ihnen auch einen Roboter, wenn es die Anwendung gebietet. Wichtig ist am Ende, dass unsere Kunden eine für sie optimale Automatisierung erhalten.“