Automatisierte Bewegungsführungssysteme mit hoher Tragfähigkeit erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Ein Grund dafür ist die Installation flexibler Mehrachsroboter auf langen Schienen. Dies ermöglicht es Ingenieuren, den Arbeitsbereich deutlich zu erweitern und gleichzeitig die siebte Achse der Robotersteuerung optimal zu nutzen. In vielen Anwendungen kann ein linear geführtes Portalsystem dieselben Aufgaben wie ein Mehrachsroboter kostengünstiger erledigen. Darüber hinaus lassen sich diese Portalsysteme aus standardmäßigen, hochbelastbaren Baugruppen oder Komponenten konstruieren und an Endanwender liefern und an die jeweilige Anwendung anpassen. Im Folgenden stellen wir fünf hochgradig konfigurierbare Systeme vor, die in Portalkonfigurationen zur Automatisierung von Produktionshallen anstelle komplexer Roboter eingesetzt werden können. Beginnen wir mit einer Erläuterung einiger grundlegender Portalkonzepte.

Niedrige bis mittlere Präzision

Die Fabrikautomation erfordert nicht immer höchste Präzision. Oftmals geht es um schwere Produkte und unhandliche oder unausgewogene Materialien. Die meisten Anwendungen erfordern hohe Wiederholraten, lange Betriebszeiten und hohe Langlebigkeit bei minimalem Wartungsaufwand. Häufig ist die Positioniergenauigkeit gering. Pick-and-Place-Anwendungen benötigen beispielsweise beim Palettieren von Kartons oder beim Einreihen des nächsten Artikels in die Produktionswarteschlange nur geringe Präzision. Materialtransportanwendungen umfassen das Umsetzen von Produkten mithilfe eines Roboterarms von einem Bereich zum anderen. XYZ-Portalroboter (die Z-Achse verläuft vertikal) können Materialien an jeder beliebigen Stelle im dreidimensionalen Raum positionieren und neu positionieren oder die Bearbeitung mehrerer Seiten eines Werkstücks ermöglichen. Sprühsysteme benötigen beispielsweise zum Lackieren von Eisenbahnwaggons oder Flugzeugflügeln über große Entfernungen nur geringe Präzision.

Hochleistungs-Z-Achse

Beim Transport eines Produkts ist das Anheben der Last der erste Schritt. Bei der Konstruktion von Endeffektor-Greifern zur Produktmanipulation wird daher größte Sorgfalt angewendet. Eine einfache vertikale Hebe- oder Senkmaschine wird als Z-Achsen-System bezeichnet. Nachdem das Produkt angehoben und vom System gehalten wird, erzeugt jede Bewegung aufgrund der Massenbeschleunigung zusätzliche Lasten. Bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten können erhebliche Lasten entstehen. Die Geschwindigkeit wird typischerweise anhand der Zykluszeit über die erforderliche Strecke bestimmt. Die Lasten werden anhand der Beschleunigung (+ und -) der Masse berechnet. Typische Portalsysteme erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 5 m/s. Daher kann eine hohe Tragfähigkeit erforderlich sein, um die erwartete Bewegung zu ermöglichen. Darüber hinaus kann eine lange Lebensdauer in die Anwendung integriert werden, wenn die Anforderungen an die Arbeitslast ein geringes Verhältnis zur Tragfähigkeit des Bewegungssystems aufweisen. Einachsige Bewegungssysteme können mit anderen Positionierern in verschiedenen Portalkonfigurationen kombiniert werden. Durch das Anbringen zusätzlicher Bewegungssysteme werden Reichweite und Funktionalität erweitert, und Aufgaben können über größere Entfernungen ausgeführt werden.

XZ-Roboter:Wird ein Lineartisch mit Z-Achse auf einer zusätzlichen Querachse montiert, spricht man von einem XZ-Roboter. Diese Konfiguration kann ein Objekt vertikal anheben, geradlinig zu einer anderen Position fahren und es dort absetzen. Sie eignet sich besonders für Pick-and-Place- oder Transferanwendungen. Das Ende des XZ-Roboters kann sich an jeder beliebigen Stelle innerhalb einer rechteckigen Ebene positionieren. In manchen Fällen kann die Hauptmontageplatte für die X-Achse die Linearführungslager der Z-Achse aufnehmen und alle notwendigen Komponenten für Ritzelantrieb und automatische Schmierung integrieren. Dies vereinfacht die Konstruktion erheblich und reduziert die gesamte bewegte Masse.

XYZ-Roboter und X-X'-YZ-Roboterportal:Die flexibelste Konfiguration eines Roboterportalsystems ermöglicht die Bewegung über drei Achsen und damit die Positionierung an jeder beliebigen Stelle innerhalb eines dreidimensionalen Arbeitsbereichs. Eine XYZ-Konfiguration ist weniger verbreitet, da die Befestigungspunkte der Achsen beengt sind. Diese Konfiguration findet jedoch häufig Anwendung beim automatisierten Schweißen, wo große Verfahrwege, aber keine hohen Lasten auftreten. Deutlich häufiger ist eine Lösung mit paralleler X-Achse, bei der die Y-Achse an beiden Enden gelagert ist. Diese Konfiguration wird als X-X'-YZ-Portal (ausgesprochen X, X-Strich) bezeichnet. Beispiele hierfür finden sich häufig in Produktionsmaschinen wie CNC-Fräsmaschinen.

Unbegrenzte individuelle Designkonfigurationen: Für ein großformatiges automatisiertes Bewegungssystem gibt es zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten. Ein kompletter XYZ-Portalroboter mit mehreren Achsen kann individuell aus den einzelnen Linearführungen und Linearlagern zusammengestellt werden. So können Ingenieure für jeden Bereich des Systems die optimalen Produkte auswählen. Bestehende Produktlinien bieten standardisierte Komponenten und Baugruppen, die die Konfiguration und Entwicklung durch die Verwendung gängiger Portal-Layouts beschleunigen und gleichzeitig die Freiheit für individuelle Designs ermöglichen. Dies ist mit vorkonfigurierten oder vorgefertigten Anlagen, die die Arbeit auf vorgegebene Grenzen beschränken, nicht möglich.