Die Nachfrage nach Automatisierung in der Fertigungsindustrie wächst stetig und findet in nahezu allen Anwendungsbereichen Verwendung – von der Bearbeitung über Montage und Inspektion bis hin zur Verpackung. Portalroboter und 6-Achs-Industrieroboter werden häufig eingesetzt, um Automatisierungsprozesse wie Palettierung, Sortierung und Pick-and-Place zu realisieren. Bei der Spezifizierung eines Portalroboters oder Roboters müssen die erforderliche Aufgabe und Nutzlast, die am System angebrachten Greifer sowie die benötigten Bewegungsdistanzen und Geschwindigkeiten berücksichtigt werden.

In vielen Anwendungsbereichen kann ein linear geführtes Portalsystem dieselben Aufgaben wie ein Industrieroboter erfüllen, dabei aber kostengünstiger und flexibler sein. Insbesondere beim Transport schwerer und unhandlicher Produkte über große Distanzen ist ein Portalsystem zweifellos die bessere Lösung. Im Folgenden erläutern wir die Vorteile von Portalsystemen.

Größerer Arbeitsbereich

Ein wesentlicher Vorteil von Portalsystemen liegt in ihrer Fähigkeit, höhere Lasten über größere Distanzen zu heben. Ein 3 Meter großes Portal kann beispielsweise eine Nutzlast von 100 kg innerhalb dieses 3 Meter großen Arbeitsbereichs auf beiden Achsen positionieren. Im Gegensatz dazu ist die Kapazität eines Industrieroboters hinsichtlich der Momentlast begrenzt. Je weiter die Last vom Roboter entfernt ist, desto geringer ist ihre Nutzlast. Beispielsweise reduziert sich die Nutzlast um etwa 50 %, wenn die horizontale Reichweite eines typischen 6-Achs-Roboters nur 0,5 Meter beträgt. Für eine kleine Nutzlast, die über eine größere Distanz bewegt werden muss, ist daher ein großer Roboter erforderlich. Mit zunehmender Größe des Arbeitsbereichs steigt der Kostenvorteil des Portalsystems.

FUYUMotion demonstriert die Vorteile von Portalsystemen in größeren Arbeitsbereichen und bietet eine Reihe linearer Portallösungen zum Heben von Paletten an. Jedes Portal hat eine Traglast von 100 kg, die X-Achse bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s, die Z-Achse mit 0,5 m/s und der Hub der Z-Achse beträgt 2 Meter. Die Systeme sind in Längen von 1 Meter bis 3,9 Metern erhältlich und ermöglichen das Aufnehmen und Platzieren von Paletten über einen weiten Bereich. Dies beweist die Eignung von Portalsystemen für größere Arbeitsbereiche. FUYUMotion bietet eine breite Palette an Portalsystemen – von leichten Traglasten und hohen Geschwindigkeiten bis hin zu schweren Traglasten – für jede Kundenanwendung die passende Lösung.

Größere Lasten

Der Lineartechnik-Experte FUYUMotion hat kürzlich in seinem Werk ein zahnstangengetriebenes Linearportalsystem für eine Mehrstationen-Tauchanlage zur chemischen Oberflächenbehandlung installiert. Ausgehend von einer Gesamtlast von 100 kg und einer Nenngeschwindigkeit von 0,5 m/s bietet diese Lösung einen langen Hub in der X-Achse von 2.000 mm. Die Anwendung eignet sich ideal für ein Portalsystem, da 2 Meter lange Schlitten in vier separate Tauchbecken gehoben und eingesetzt werden müssen. Zwei Köpfe sorgen für Stabilität beim Manövrieren der 2 Meter langen Schlitten – eine anspruchsvolle Form und Größe, die sich nicht für einen Roboter eignet. Hochleistungs-Linearführungen mit einer breiten Palette an Aluminiumlagern und Linearführungen sind für diese Anwendung optimal geeignet. Der Lieferumfang von FUYUMotion umfasst alle mechanischen Komponenten wie Stützen, XZ-Träger, Schlitten, Lager, Zahnstangen und Ritzel, Riemenantriebe und Seilzüge, individuell auf die Kundenbedürfnisse zugeschnitten.

Anpassungsfähigkeit und Flexibilität

In manchen Fällen muss der Arbeitsbereich nach einer gewissen Betriebszeit des Systems vergrößert werden. Ein wesentlicher Vorteil von Portalsystemen liegt darin, dass die Länge verlängert werden kann, um die Flexibilität zu erhöhen oder bestehende Anlagen zukunftssicher zu gestalten. Der Bedarf an Produktionssteigerungen stellt zusätzliche Anforderungen an bestehende Systeme. Anstatt in zusätzliche Portale zu investieren, wird daher oft eine Verlängerung bevorzugt, sofern dies möglich ist. Weitere Gründe für eine Verlängerung können Prozess- oder Anwendungsänderungen sein.

Mit einem Portalsystem lässt sich die horizontale Reichweite beispielsweise von 2 m auf 4 m relativ einfach vergrößern, da lediglich eine Achse verlängert werden muss, um den Hub zu erhöhen. Alle anderen Elemente des Portals bleiben unverändert, da nur ein Träger betroffen ist. Dadurch ist diese Lösung einfach und kostengünstig.

Ein Kunde von FUYU Motion hatte nach der Inbetriebnahme des Systems einen größeren Vertikalhub angefragt. FUYU konnte daraufhin lediglich den Z-Achsen-Träger austauschen und so den Hub wie gewünscht verlängern. Das restliche System blieb unverändert, was die Flexibilität der FUYU-Lösung unterstreicht. Ein Industrieroboter in derselben Situation hätte wahrscheinlich einen kompletten Austausch erfordert.

Zwar lassen sich Roboter mit verlängerten Achsen für eine größere Reichweite erwerben, dies beeinträchtigt jedoch die Nutzlast des Roboters. Daher ist die Achsenverlängerung nicht immer die beste Lösung. Um die Reichweite eines Roboters zu erhöhen und gleichzeitig die Nutzlast beizubehalten, müsste der Kunde in den meisten Fällen auf einen größeren Roboter ausweichen, was deutlich höhere Kosten verursacht.

Positionierungsleitsystem-Technologie

Für maximale Effizienz muss jede Systeminstallation geringe laufende Wartungskosten aufweisen. Dies ist insbesondere für Anwendungen mit hoher Beanspruchung relevant, bei denen lange Strecken mit schweren Lasten zurückgelegt werden. Systeme, die einen kontinuierlichen Betrieb ohne regelmäßige Wartungsstopps, wie z. B. Nachschmieren, gewährleisten, werden von Konstrukteuren und Fertigungsingenieuren gleichermaßen geschätzt.

Die Portalsysteme von FUYU basieren auf der Präzisionspositioniertechnologie. Das Linearführungssystem verfügt über eine einzigartige Wischfunktion, die Ablagerungen entfernt und sich dadurch besonders für die rauen Industrieumgebungen eignet, in denen Portalsysteme häufig eingesetzt werden. Der Außendurchmesser des Lagers bewegt sich schneller als der Innendurchmesser. Durch diesen Geschwindigkeitsunterschied werden Partikel aus der Nähe des Zentrums nach außen zur Peripherie transportiert und dort abgeführt. Aufgrund der Geometrie der Gleit- und Lagerschnittstelle werden die Ablagerungen spiralförmig zum Außendurchmesser des Lagers und somit von der Lauffläche weg befördert.

 Wartung

Wenn Wartungsarbeiten erforderlich sind, möchte der Kunde sichergehen, dass diese unkompliziert sind und die Produktionszeit nicht wesentlich beeinträchtigen. Alle in den Portalwagen verwendeten Lager sind austauschbar und können demontiert werden, ohne den Wagen vom Achsenende zu entfernen. Dadurch ist der gesamte Prozess sehr schnell und mit minimalen Ausfallzeiten realisierbar. Unter geschmierten Bedingungen ist zudem kein Führungswechsel erforderlich. Der Austausch von Lagern und Ritzeln ist vergleichsweise einfach und kann problemlos vom kundeneigenen Wartungsteam durchgeführt werden. Roboterintegrierte Lösungen müssen in der Regel von einem Spezialisten repariert werden – was nicht nur zusätzliche Kosten, sondern auch zusätzlichen Aufwand verursacht.

Integration

Die Fertigung neuer Produkte auf einer bestehenden Montagelinie stellt Kunden häufig vor Herausforderungen und geht oft mit dem Wunsch einher, ein automatisiertes Portal oder einen Roboter in das System zu integrieren. Da Roboter vollständig programmierbar sind, kann ihre Integration in ein bestehendes System schwierig sein. Ein Portalsystem hingegen lässt sich einfacher und kostengünstiger integrieren. Viele bestehende Maschinenlösungen werden über einfache SPS-Steuerungen angesteuert, und die Integration der komplexen Steuerungssysteme eines 6-Achs-Roboters kann sich als aufwendig und kostspielig erweisen. Ein 3-Achs-Portalsystem hingegen lässt sich oft mit der vorhandenen Steuerung kombinieren und vollständig in die bestehenden Maschinenfunktionen integrieren.

Effizienter Arbeitsbereich

Da Portalkrane über oder teilweise unterhalb des Arbeitsbereichs montiert werden, bieten sie den zusätzlichen Vorteil, wertvolle Bodenfläche zu sparen. Dies führt zu einem effizienteren Arbeitsbereich als bei herkömmlichen Industrierobotern. Gerade bei beengten Platzverhältnissen ist dies relevant, insbesondere wenn auch der Platzbedarf für die Roboterschutzvorrichtung berücksichtigt werden muss. Portalkrane ermöglichen zudem einen besseren Zugang zu den Arbeitsplätzen. Da Hersteller bestrebt sind, Ausfallzeiten zu minimieren, um die Produktivität zu maximieren, ist der schnelle Zugang zu den Arbeitsplätzen ein klarer Vorteil.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Wenn die Anwendung keine komplexen Bewegungen erfordert, die die 6 Freiheitsgrade benötigen würden, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass ein Portalkran von Vorteil sein kann, insbesondere beim Umgang mit schweren Lasten über größere Arbeitsbereiche hinweg.