Industrieroboter Hersteller

Industrieroboter sind automatisierte, programmierbare Manipulatoren für industrielle Fertigungsaufgaben. Seit den 1960er Jahren prägen sie die Produktion, übernehmen monotone, gefährliche oder ergonomisch ungünstige Tätigkeiten und sichern reproduzierbare Abläufe. Ihre Entwicklung ist eng mit der industriellen Robotik, der Sensorik und der Steuerungstechnik verknüpft.

Grundlagen und Typologien

Definition: Nach ISO 8373 bezeichnet der Begriff einen automatisch gesteuerten, neu programmierbaren, mehrzweckfähigen Manipulator mit mindestens drei Achsen. Typische Baugruppen sind mechanischer Arm, Steuerung, Antriebe und ein anpassbarer Endeffektor. Modulare Schnittstellen erleichtern die Einbindung in Automatisierungszellen.

Kinematik: Gelenkarmroboter mit sechs Achsen fahren komplexe räumliche Pfade. SCARA-Bauformen arbeiten steif in der Horizontalen und sind für Montage und Bestückung ausgelegt. Kartesische Portale bieten große Arbeitsräume und hohe Steifigkeit. Delta-Kinematiken liefern hohe Geschwindigkeiten bei leichten Bauteilen. Zusätzliche Achsen erweitern Freiheitsgrade und Erreichbarkeit.

Die Auslegung folgt der Aufgabe: Montage, Schweißen, Palettieren, Bearbeitung oder Prüfen stellen unterschiedliche Anforderungen an Bahnplanung, Endeffektor und Steuerung. Kollaborative Ausführungen erlauben geteilte Arbeitsräume, während Schwerlastsysteme Komponenten und Werkzeuge mit mehreren hundert Kilogramm bewegen.

Technische Spezifikationen und Leistungsmerkmale

Wiederholgenauigkeit beschreibt, wie exakt ein Punkt mehrfach angefahren wird. Nach ISO 9283 reichen typische Werte von ±0,02 Millimeter bis ±0,2 Millimeter und bestimmen die Eignung für Montage, Dosieren oder Bearbeitung. Ein Elektronikfertiger erreichte mit einem sechsachsigen System ±0,04 Millimeter und reduzierte Nacharbeiten in der Endprüfung.

Die Geschwindigkeit ergibt sich aus Achsdynamik und der Werkzeugspitzengeschwindigkeit. Moderne Ausführungen erreichen bis zu 10 Meter pro Sekunde. Die Traglast variiert stark: von unter einem Kilogramm bei kollaborativen Modellen bis zu mehreren Tonnen bei Schwerlastrobotern wie dem KUKA KR 1000 TITAN für Handling großer Karosserieteile.

Der Arbeitsbereich definiert den maximal erreichbaren Raum. Eine Fanuc M-2000iA/2300-Ausführung bietet eine Reichweite von etwa 3,7 Meter bei hohen Massen. Schutzarten nach IEC 60529 (IP54 bis IP67) sichern den Betrieb in staubiger Umgebung, bei Spritzwasser oder kurzfristigem Untertauchen. Für Kühlschmierstoffe in Bearbeitungszellen werden abgedichtete Gelenke eingesetzt.

Ein praxisnahes Beispiel: Ein Delta-System sortiert in einer Nahrungsmittellinie 200 Teile pro Minute, nutzt eine IP65-Ausführung für die Nassreinigung und erreicht die Ziel-Taktzeit durch kurze Pick-and-Place-Pfade. Die Auswahl der Kinematik war entscheidend, weil Masse und Beschleunigung die erreichbare Geschwindigkeit bestimmen.

Auswahlkriterien und Integration

Prozessanforderungen und Systemkopplung

Die Passung entsteht aus Werkstückgewicht, Greifergeometrie, Genauigkeitsbedarf und Zyklusvorgaben. Bauteilvarianten, Zuführung und Toleranzen beeinflussen die Auslegung des Endeffektors, etwa Parallelgreifer, Vakuumgreifer oder angetriebene Werkzeuge. Die Bahnplanung muss Kollisionen mit Spannmitteln vermeiden und Zugänglichkeit am Bauteil sicherstellen.

• Last und Reichweite: Dimensionierung anhand realer Werkzeuge, Kabel und Greifer inklusive Schwerpunktlage.
• Taktzeit: Berechnung mit getakteten Bahnen, Beschleunigungen und Greifzeiten und Validierung per Simulation.
• Genauigkeit: Auswahl nach ISO 9283, Kompensation durch Kalibrierung und exakte Vorrichtungen.
• Peripherie: Zuführtechnik, Bildverarbeitung, Sensorik sowie Sicherheitsumhausung in die Zelle integrieren.
• Kommunikation: Anbindung an SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) und MES (Manufacturing Execution System) über standardisierte Schnittstellen.

Ein Karosseriebauer ersetzte manuelle Hebevorgänge durch einen Schwerlast-Manipulator, koppelte ihn an fahrerlose Transportsysteme und reduzierte Stillstände, weil Materialbereitstellung und Roboterbewegungen über SPS-Signale synchronisiert wurden. Die Anlage bleibt beim Modellwechsel dank Offline-Programmen ohne lange Umbauzeit umrüstbar.

Sicherheit, Programmierung und Betrieb

Industrieroboter erfordern eine Risikobeurteilung nach ISO 12100 und die Einhaltung von ISO 10218 sowie ISO/TS 15066 bei kollaborativen Anwendungen. Wichtige Maßnahmen sind sichere Geschwindigkeits- und Raumüberwachung, Not-Halt-Kreise und zertifizierte Schutzumhausungen oder scannerbasierte Zonen.

• Programmierung: Teach Pendant, grafische Oberflächen und Offline-Programmierung mit Bahnoptimierung und Taktzeitabschätzung.
• Kalibrierung: Basis- und Werkzeugkoordinaten, externer TCP-Abgleich, Laservermessung für Prozessgenauigkeit.
• Wartung: Schmierintervalle, Getriebeinspektionen, Achsausgleich, Zustandsdaten für vorausschauende Instandhaltung.
• Qualitätssicherung: Prozessüberwachung über Kraft-Momenten-Sensoren, Kamera-Feedback und Toleranzfenster.

Für aggressive Medien oder Schleifstaub wird die Schutzart (IP) passend gewählt, zusätzliche Abdeckungen schützen Kabelpakete. Bei Hochgeschwindigkeitsaufgaben reduziert die Begrenzung von Masse am Flansch die mechanische Belastung und verlängert die Lebensdauer der Handachsen.

Wirtschaftliche Kenngrößen und Praxisbeispiele

OEE und TCO im Betrieb

OEE (Overall Equipment Effectiveness) bündelt Verfügbarkeit, Leistungsrate und Qualitätsrate. Automatisierte Zellen erhöhen die Verfügbarkeit durch planbare Pausen und kurze Störungsbehebung, steigern die Leistungsrate durch konstante Taktzeiten und stabilisieren die Qualitätsrate durch wiederholbare Prozesse.

TCO (Total Cost of Ownership) umfasst Anschaffung, Integration, Energiebedarf, Werkzeuge, Softwarelizenzen, Schulungen und Restwert. Energiemonitoring der Antriebe, optimierte Bewegungsprofile und die Auswahl passender Getriebetechnologien senken Betriebskosten. Austauschbare Greifer reduzieren Rüstzeiten und verlängern die Nutzungsdauer der Zelle.

Fallbeispiel: Eine Schweißzelle mit zwei sechsachsigen Manipulatoren und Dreh-Kipptischen erhöhte die Schichtleistung um 18 Prozent, verringerte Nachschweißen dank Bahnkalibrierung und verkürzte Anfahrprozesse durch Offline-Programme. Die TCO-Analyse zeigte, dass standardisierte Greiferplatten und modulare Vorrichtungen die Investition über mehrere Baureihen nutzbar machten.

Marktüberblick und Spezialisierungen

Der Markt wird von ABB, Fanuc, KUKA, Yaskawa, Epson, Universal Robots, Kawasaki Robotics, Stäubli, Comau, Nachi-Fujikoshi, Denso und Techman Robot geprägt. Die Portfolios reichen von SCARA-Systemen über sechsachsige Modelle bis zu Schwerlastvarianten und kollaborativen Ausführungen.

Hersteller setzen unterschiedliche Schwerpunkte: hohe Traglast, Reinraumtauglichkeit, hygienegerechtes Design, schnelle Kinematik oder intuitive Programmierung. Auswahlentscheidend sind lokale Servicepartner, standardisierte Schnittstellen, Verfügbarkeit von Ersatzteilen und Kompatibilität zu bestehenden Steuerungen und Greifern.

Für Anwendungen mit präziser Bahnführung, etwa Kleben oder Fräsen, lohnt die Betrachtung von Pfaddynamik, interner Interpolation und Funktionspaketen der Steuerung. Für Palettieren oder Maschinenbe- und -entladung dominieren Reichweite, Zyklus und robuste Schnittstellen zu Peripherie wie Greiferwechslern und Fördertechnik.

Eine fundierte Entscheidung basiert auf validierten Daten aus Simulation, Referenzprojekten und Pilotzellen. Wer technische Grenzfälle prüft, sollte reale Werkzeuge, Kabel und die komplette Zelle frühzeitig in die Taktzeitrechnung einbeziehen, um spätere Anpassungen zu vermeiden.

Industrieroboter entfalten ihren Nutzen, wenn Kinematik, Endeffektor, Steuerung, Sicherheitstechnik und Fertigungsprozess als Einheit geplant werden. So entstehen Anlagen, die stabil produzieren, wartbar bleiben und bei Produktwechseln durchdacht anpassbar sind.