Thema des Monats Dezember 2009


Bild 1:Prinzipskizze des Seilroboters „IPAnema“. Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung.

Rohstoffe, Halbzeuge, Bauteile, Komponenten und komplette Endprodukte haben – trotz ihrer unterschiedlichen Fertigungstiefen, Massen und Abmessungen – eine auffällige Gemeinsamkeit. Sie müssen auf ihren Stufen entlang der Wertschöpfungsketten stets bewegt und transportiert werden. Dies fängt beispielsweise bei der Förderung eines Erzes an, setzt sich bei der Metallgewinnung und den anschließenden Fertigungs- und Montageprozessen fort und endet schließlich nach dem Produktlebenszyklus mit der Anlieferung an die entsprechenden Recyclinganlagen. Entsprechende Überlegungen lassen sich natürlich für die Vertreter aller anderen Werkstoffklassen anstellen. In der Regel sind Förderprozesse mechanisch anspruchsvoll, geometrisch komplex, energieintensiv, materialbelastend und manchmal auch gefährlich - man denke hier nur an die Gefahren, die aus schwebenden Lasten resultieren können. Mit aktuellen Entwicklungen, die sich alle in das weite Themenfeld der Transporttechnik einordnen lassen, zeigen Wissenschaftler und Ingenieure, dass diese anspruchsvollen Anforderungsprofile zunehmend besser erfüllt werden können. Die Paarung kreativer Ideen mit technischer Intelligenz führt zu innovativen Lösungen, die insbesondere auch für die Produktwelten der Besucher und Aussteller der Messen wire und Tube von Interesse sind.

Defekte in Seilen aufspüren

Abspannungen, Fahrstühle und Lastenkräne sind Beispiele, die zeigen, dass Seile auch heute noch eine enorme Bedeutung in industriellen Anwendungen haben. Oft spielen sie sogar im wahrsten Sinne des Wortes eine tragende Rolle. Versagt in solchen Applikationen ein Seil, so können die eintretenden Schäden katastrophale Folgen haben. Regelmäßige Kontrollen – etwa als Sichtprüfungen vor Ort - sind daher zwingend vorgeschrieben. Versagensauslösende Fehler und Defekte können durch die Routine unter Umständen leicht übersehen werden. Um die Kontrolle in Zukunft sicherer und effektiver gestalten zu können haben Informatiker der Friedrich-Schiller-Universität in Jena nun ein neuartiges Verfahren entwickelt, das Schäden automatisch erkennen kann. Die Wissenschaftler kombinieren dazu leistungsfähige Methoden der Mustererkennung mit Verfahren der modernen Bildanalyse. Neuartig ist dabei die Herangehensweise, um ein aussagekräftiges Ergebnis einer Untersuchung zu gewinnen. Die Computerspezialisten legen in der Analyse-Software nicht fest, wie mögliche Schadensbilder aussehen, sondern definieren die Parameter, die ein intaktes Seil charakterisieren. In der Folge werden alle Bereiche identifiziert und ausgegeben, die von dieser festgelegten Norm abweichen. Nach Angabe der am Projekt beteiligten Wissenschaftlerin Esther Platzer erkennt das System bereits 90 Prozent aller möglichen Defekte zuverlässig.

Hochdymanische Seilroboter

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart haben kürzlich einen neuartiger Seilroboter entwickelt, dessen Kinematik eine freie und voll kontrollierbare Bewegung von technischen Gütern erlaubt. Der auf den Namen IPAnema getaufte Roboter nutzt Seilwinden als zentrale Komponenten des Antriebssystems. Damit können große Kräfte erzeugt und nahezu verlustfrei über weite Strecken auf eine Arbeitsplattform übertragen werden, die dadurch hochdynamisch bewegt werden kann. Das extreme Leichtbaukonzept des gesamten Robotersystems lässt zudem sehr große Abmessungen des Arbeitsraums auch bei hohen Traglasten zu. Die zum Antrieb genutzten Winden werden digital angesteuert und realisieren Prozesssteuerungen in Echtzeit – dabei können Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s und Beschleunigungen von bis zur zehnfachen Erdbeschleunigung prozesssicher gefahren werden. Das System bewegt Nutzlasten von bis zu mehreren Tonnen in kurzen Taktzeiten und kann Arbeitsräume von einigen 10 Metern Kantenlänge zuverlässig bearbeiten. Profitieren können von dieser Entwicklung vor allem solche Anwendungsfelder, in denen gleichzeitig große Arbeitsräume und hohe Nutzlasten gefordert werden – hier könnte IPAnema eine neue Dimension in der Automatisierung möglich machen. Auch im Einsatzspektrum Montage, Wartung und Inspektion sind optimierte Prozesse und Methoden zu erwarten – beispielsweise mit Blick auf große Konstruktionen, Industrieanlagen oder Gebäude.

Mit Rollteppichen Energie sparen


Mitarbeiter der Professur Fördertechnik der TU Chemnitz bei Untersuchungen des Rollenteppichs am Schwerlastprüfstand. Foto: TU Chemnitz/Uwe Meinhold.

Massen von mehreren Tonnen pro Teil sind in der Industrie keine Seltenheit – man denke hier nur an den Schiffsbau, die Automotive-Industrie oder an Off-Shore-Anwendungen. Bei der Bewegung solcher Massen durch Förderbänder werden die entsprechenden Zugmittel und Gleitschienen extrem beansprucht – extremer Materialverschleiß und hoher Energieverbrauch sind die unerwünschten Folgen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen haben Ingenieure des Lehrstuhls Fördertechnik an der Technischen Universität Chemnitz zusammen mit Experten des schweizerischen Unternehmens Denipro AG einen energiesparenden Rollteppich entwickelt, der vollständig aus wartungsarmen Kunststoffkomponeneten besteht und völlig schmierungsfrei betrieben werden kann. Durch die Verteilung des Gewichtes auf eine Vielzahl von Rollen kann der Energiebedarf deutlich reduziert und der resultierende Verschleiß signifikant herabgesetzt werden. Der am Projekt beteiligte Wissenschaftler Dr. Jens Sumpf berichtet, dass Untersuchungen am Prüfstand die industrietaugliche Funktionalität erfolgreich unter Beweis stellen. Aufgrund der gemessenen Reibwerte von 0,03 bis 0,05 schätzen die Wissenschaftler, dass die Neuentwicklung je nach Anwendung bis zu 80 Prozent der Antriebsenergie einsparen kann und sich die mechanische Belastung der Zugmittel signifikant verringern lässt. Mögliche Einsatzgebiete sehen die Entwickler in all den Branchen, in denen große Massen transportiert werden müssen – von der Automobilindustrie und dem Maschinenbau über den Schiffsbau bis hin zur Papierindustrie.

Dr.-Ing. Christoph Konetschny
Material- und Nanoexperte

www.materialsgate.de


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