Topologieoptimierung durch Fraunhofer IPA

Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 % reduziert

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Vakuumgreifer sind in der Verpackungsindustrie besonders beliebt. Sie lassen sich schnell an einen Roboterarm anschließen und können Produkte mit glatter Oberfläche sicher transportieren. Mini-Salamis, Bonbons oder Schokoriegel legen sie mühelos aufs Band oder in Kartons. Damit der Roboter möglichst viel Gewicht aufnehmen kann, sollte der Greifer so leicht wie möglich sein. Dem Fraunhofer IPA ist es gelungen, einen Robomotion-Greifer mit Topologieoptimierung zu überarbeiten und 60 % Gewicht einzusparen.

Ramona Hönl, Pressereferentin, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Die meisten Roboter verfügen nur über eine geringe Traglast. Bringt der Greifer schon ein hohes Eigengewicht mit, kann der Roboter weniger bzw. keine schweren Produkte aufnehmen. Ein leichteres Bauteil lässt sich außerdem besser beschleunigen, was sich positiv auf den Energieverbrauch auswirkt. Neben der Gewichtsreduzierung wollten die IPA-Wissenschaftler im Projekt mit Robomotion auch den Konfigurationsaufwand verbessern. „Beim ursprünglichen Greifer musste man viele Schrauben aufdrehen, um ihn zu wechseln. Wir wollten deshalb einen neuen Adapter integrieren, den man mit nur einem Griff ab- und anmontieren kann“, informiert Projektleiter Jochen Burkhardt vom Fraunhofer IPA.

Positiver Nebeneffekt: weniger Materialkosten

Für die Topologieoptimierung haben die IPA-Experten mit der Finiten-Elemente-Methode (FEM) die Belastungen am Bauteil analysiert. Dabei haben sie schnell erkannt, welche Bereiche nur gering belastet werden und verschmälert werden können. Zwingend benötigte Elemente wie die Luft- und Vakuumkanäle und die Anschlussplatte für die Roboteranflanschung haben sie als Non-Design-Areas markiert und vom Optimierungsprozess ausgeschlossen. Auf diese Weise haben sie herausgefunden, dass bei der Anschlussstelle des Greifers – dem Flansch – und den Strömungskanälen Aussparungen vorgenommen werden können. Nachdem ein optimierter Designvorschlag auskonstruiert war, führten die Wissenschaftler eine zweite FEM-Analyse durch. „Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannungen und Verformungen trotz Materialeinsparungen konstant bleiben“, freut sich Burkhardt. Das neue Greifermodell wurde mit 3D-Druck realisiert. Als Baustoff diente, wie auch schon beim Original, das leichte und trotzdem stabile Polyamid (P12). „Mit der neuen Konstruktion sparen wir sogar noch Materialkosten“, weiß Burkhardt.

Neuer Flansch für schnellere Konfiguration

Der neue Greifer wiegt nun mit etwa 150 g 60 % weniger als das Vorgängermodell. Mit der Ersparnis war es den Wissenschaftlern möglich, einen etwas schwereren Schnellwechseladapter zu integrieren. „Jetzt muss man nur noch eine Klemmung öffnen, um den Greifer am Roboterarm zu konfigurieren“, informiert Burkhardt. Die Erkenntnisse der Topologieoptimierung kann Robomotion auch für weitere Greifer verwenden. „Im Projekt wurde ein achtfacher Greifer optimiert, die Maßnahmen lassen sich aber auch bei einem vierfachen Greifer des Unternehmens realisieren“, so Burkhardt. Seiner Meinung nach zeige das Projekt mit Robomotion, dass sich mit Topologieoptimierung selbst bei sehr leichten Bauteilen noch etwas herausholen lässt. „Wir haben einen sehr guten Greifer noch besser gemacht“, meint der Experte. bec

www.ipa.fraunhofer.de

Detaillierte Informationen zur Topologieoptimierung im konstruktiven Leichtbau:

http://hier.pro/vFbRi

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