Die Automatisierung in der Fertigungsindustrie ist zunehmend gefragt und kann in nahezu allen Bereichen eingesetzt werden, von der Verarbeitung über die Montage und Inspektion bis hin zur Verpackung. Portale und 6-achsige Industrieroboter werden häufig zur Automatisierung von Anwendungen wie Palettieren, Sortieren und Pick & Place eingesetzt, um nur einige zu nennen. Bei der Auswahl eines Portals oder Roboters müssen die erforderliche Aufgabe und Nutzlast, die am System angebrachten Greifer sowie die benötigten Entfernungen und Geschwindigkeiten berücksichtigt werden.

Für viele Anwendungen kann ein linear geführtes Portalsystem die gleichen Aufgaben wie ein Industrieroboter erfüllen – und das zu geringeren Kosten und mit größerer Flexibilität. Gerade wenn es darum geht, schwere und unhandliche Produkte über große Distanzen zu bewegen, ist ein Portalsystem zweifellos die bessere Lösung. Wir erläutern die Vorteile von Portalsystemen.

Größerer Arbeitsbereich

Ein wesentlicher Vorteil von Portalsystemen besteht darin, dass sie höhere Lasten über größere Distanzen heben können. Ein 3 m großes Portal kann beispielsweise eine Nutzlast von etwa 100 kg innerhalb dieses 3 m großen Bereichs auf beiden Achsen positionieren. Ein Industrieroboter hingegen hat eine begrenzte Momentenlastkapazität. Wird die Last vom Roboter wegbewegt, verringert sich die Nutzlast, je weiter sie sich von der Mittelachse entfernt. Beispielsweise reduziert sich die Nutzlast um etwa 50 %, wenn die horizontale Reichweite eines typischen 6-Achs-Roboters auf nur 0,5 m erweitert wird. Für eine kleine Nutzlast, die über größere Distanzen bewegt wird, ist daher ein großer Roboter erforderlich. Mit zunehmender Größe des Arbeitsbereichs steigt der Kostenvorteil des Portals.

FUYUMotion unterstreicht die Vorteile eines Portals in einem größeren Arbeitsbereich und bietet eine Reihe linearer Portallösungen zum Heben von Paletten an. Jedes Portal hat eine Nutzlast von 100 kg, wobei sich die X-Achse mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s, die Z-Achse mit 0,5 m/s und die Z-Achse mit einem Hub von 2 Metern bewegt. Mit Längen von 1 bis 3,9 Metern ermöglichen diese Systeme das Pick-and-Place-Verfahren in einem weiten Bereich und demonstrieren damit die Eignung von Portalen für den Einsatz in größeren Arbeitsbereichen. FUYUMotion bietet eine Reihe von Portalen an – von leichter Nutzlast über hohe Geschwindigkeit bis hin zu schwerer Nutzlast – für jede Kundenanwendung die passende Lösung.

Größere Lasten

Der Linearbewegungsexperte FUYUMotion hat vor kurzem in seinem eigenen Werk ein lineares Portalsystem mit Zahnstangenantrieb installiert, um eine Mehrstationen-Tauchanlage für die chemische Endbearbeitung auszustatten. Basierend auf einer Gesamtnutzlast von 100 kg und einer Nenngeschwindigkeit von 0,5 m/s bietet diese Lösung einen langen X-Achsen-Hub von 2.000 mm. Die Anwendung ist ideal für ein Portalsystem geeignet, da sie 2-Meter-Objektträger anheben und in 4 separate Tauchbecken laden muss. Zwei Köpfe werden verwendet, um beim Manövrieren der 2-Meter-Längen Stabilität zu gewährleisten; eine anspruchsvolle Form und Größe, die sich nicht für einen Roboter eignet. Die Hochleistungs-Linearführung mit ihrer großen Auswahl an Aluminiumlagern und Linearführungen ist ideal für diese Anwendung geeignet, und der Lieferumfang von FUYU umfasst alle mechanischen Elemente wie Beine, XZ-Träger, Objektträger, Lager, Zahnstange und Ritzel, Riemenantriebe und Kabelkette, zugeschnitten auf die individuellen Bedürfnisse eines Kunden.

Anpassungsfähigkeit und Flexibilität

In manchen Fällen muss der Arbeitsbereich nach längerer Betriebszeit des Systems erweitert werden. Ein Hauptvorteil eines Portalsystems ist die Möglichkeit, die Länge zu erweitern, um die Flexibilität zu erhöhen oder bestehende Anlagen zukunftssicher zu machen. Die Notwendigkeit einer Produktionssteigerung stellt zusätzliche Anforderungen an bestehende Systeme. Anstatt in zusätzliche Portale zu investieren, wird oft eine Erweiterung bevorzugt, sofern möglich. Weitere Gründe für eine Erweiterung können Prozess- oder Anwendungsänderungen sein.

Mit einem Portalsystem lässt sich die horizontale Reichweite beispielsweise von 2 m auf 4 m relativ einfach erhöhen. Zur Erhöhung der Hublänge muss lediglich eine Achse verlängert werden. Alle anderen Elemente des Portals bleiben unverändert, nur ein Träger ist betroffen. Dies macht diese Lösung einfach und kostengünstig.

Ein Kunde von FUYU Motion hatte nach der Fertigstellung des Systems einen zusätzlichen vertikalen Hub angefordert. FUYU konnte lediglich einen Ersatz für den Z-Achsen-Träger liefern, der den Hub wie gewünscht verlängerte. Der Rest des Systems blieb unverändert, was die Flexibilität der FUYU-Lösung unterstreicht. Ein Industrieroboter in derselben Situation würde wahrscheinlich einen kompletten Austausch erfordern.

Zwar gibt es Roboter mit verlängerten Achsen für eine größere Reichweite, doch wirkt sich dies auf die Nutzlast des Roboters aus. Daher ist eine verlängerte Achse nicht immer die beste Lösung. Um die Reichweite eines Roboters zu vergrößern und die Nutzlast beizubehalten, müsste der Kunde in den meisten Fällen auf einen Roboter der nächstgrößeren Größe umsteigen, was deutlich höhere Kosten verursacht.

Positionierungsführungstechnologie

Für maximale Effizienz muss jede Systeminstallation niedrige laufende Wartungskosten aufweisen. Dies ist besonders wichtig für Hochleistungsanwendungen, bei denen lange Strecken mit schweren Lasten zurückgelegt werden. Systeme, die einen Dauerbetrieb gewährleisten, ohne dass sie regelmäßig für Routinewartungen wie Nachschmierung angehalten werden müssen, werden von Konstrukteuren und Produktionsingenieuren gleichermaßen geschätzt.

Die Portalsysteme von FUYU basieren auf der Präzisionsführungstechnologie. Das Linearführungssystem verfügt über eine einzigartige Wischfunktion, die Schmutz abstößt und sich dadurch besonders gut für die rauen Industrieumgebungen eignet, in denen Portale häufig eingesetzt werden. Der Außendurchmesser des Lagers bewegt sich schneller als der Innendurchmesser. Durch den Geschwindigkeitsunterschied werden Partikel, die sich näher am Zentrum befinden, nach außen zum Rand hin abgestoßen und ausgestoßen. Aufgrund der Geometrie der Gleit- und Lagerschnittstelle werden die Ablagerungen spiralförmig von der Lauffläche weg zum Außendurchmesser des Lagers befördert.

 Wartung

Bei Wartungsarbeiten legt der Kunde Wert auf einen einfachen und produktionsschonenden Prozess. Alle in Portalwagen verwendeten Lager sind abnehmbar und können vom Wagen demontiert werden, ohne dass dieser vom Achsenende abmontiert werden muss. Dadurch ist der gesamte Prozess sehr schnell und mit minimalen Ausfallzeiten möglich. Unter geschmierten Bedingungen ist zudem kein Führungswechsel erforderlich. Der Lager- und Ritzelwechsel ist vergleichsweise unkompliziert 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 Fertigungslinie stellt Kunden häufig vor Herausforderungen und geht oft mit dem Wunsch einher, ein automatisiertes Portal oder einen Roboter in das System zu integrieren. Da ein Roboter vollständig programmierbar ist, kann die Integration in ein bestehendes System eine Herausforderung darstellen. Ein Portalsystem hingegen ist einfacher und kostengünstiger zu integrieren. Viele bestehende Maschinenlösungen werden über einfache SPS-Steuerungen gesteuert, und die Integration der komplexen Steuerungssysteme eines 6-Achs-Roboters kann sich als schwierig und kostspielig erweisen. Im Gegensatz dazu lässt sich ein 3-Achs-Portalsystem häufig mit der vorhandenen Steuerung koppeln und vollständig in bestehende Maschinenfunktionen integrieren.

Effizienter Arbeitsbereich

Da Portale über oder manchmal auch unter dem Arbeitsbereich montiert werden, bieten sie den zusätzlichen Vorteil, wertvolle Stellfläche zu sparen und so einen effizienteren Arbeitsbereich als herkömmliche Industrieroboter zu schaffen. Dies ist besonders relevant, wenn Platz knapp ist, insbesondere wenn auch der Platz für die Roboterabsicherung berücksichtigt werden muss. Portale ermöglichen zudem einen besseren Zugang zu den Arbeitsplätzen. Da Hersteller darauf bedacht sind, Ausfallzeiten zu reduzieren, um die Produktivität zu maximieren, ist der schnelle Zugriff auf die Arbeitsplätze ein klarer Vorteil.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Portalkran durchaus von Vorteil sein kann, wenn die Anwendung keine komplexen Bewegungen erfordert, für die sechs Freiheitsgrade erforderlich wären, insbesondere bei der Handhabung schwerer Lasten über größere Arbeitsbereiche hinweg.