Die notwendige Flexibilisierung in der Produktion begründet sich durch stetig anwachsende Produktindividualisierungen und infolgedessen immer kleiner werdenden Losgrößen. Kleinere Losgrößen erfordern entsprechend größeren Rüstaufwand, der sich in Mehraufwand bei der Inbetriebnahme und der Parametrierung der Prozesse widerspiegelt.

Speziell bei nachgiebigen Soft-Greifern oder bei biegeschlaffen Handhabungsobjekten ist eine spezifische Steifigkeits-Charakteristik zu berücksichtigen, die je nach Anwendung variiert und experimentell und mit hohem Aufwand identifiziert werden muss, um den Prozess robust umzusetzen.

Für einen minimalen Inbetriebnahme- und Parametrieraufwand wurden Modelle und Vorgehensweisen ermittelt, die zielgerichtet die nachgiebigen Effekte von Soft-Greifern und Handhabungsobjekten modellieren und die physikalischen Grenzen des Prozesses simulativ und prädiktiv ermitteln. Exemplarisch werden nachfolgend im ersten Beispiel ein biegeschlaffes Handhabungsobjekt und im zweiten Beispiel ein nachgiebiger Soft-Greifer vorgestellt.

Als elastisches und biegeschlaffes Handhabungsobjektbeispiel wird eine Anwendung aus der Batterieproduktion vorgestellt, bei der folienartige Elektrodenblätter aus einem Magazin vereinzelt und an einen nachgelagerten Prozess übergeben werden. Die Herausforderung dieser Vereinzelungsaufgabe besteht darin, dass die Taktzeit minimiert wird, der Durchsatz maximiert wird und trotzdem keinerlei Beschädigungen an der Elektrode auftreten dürfen. Durch das oberflächensensitive Elektrodenmaterial muss demnach jeder Kontakt beim Vereinzelungsprozess analysiert und justiert werden. Die auftretenden dynamischen Effekte des Vereinzelungsvorganges sind allerdings nichtlinearer und multidimensionaler Natur und mittels rein experimentell getriebener Untersuchungen nur spezifisch und mit hohem Aufwand auszuwerten, weshalb ein simulationsgetriebener Ansatz gewählt wurde.

Mithilfe einer gekoppelten CFD-FEM-Simulation wurde eine Vereinzelungs-Prozesssimulation erzeugt, die unter anderem in der Lage ist, Beanspruchungen aufzuzeigen, die mit direkten konventionellen Messmethoden gar nicht in-situ messbar wären. Die Prozesssimulation ermöglicht es anschließend, diverse Zellformate und Materialien der nächsten Elektrodengenerationen vorab zu validieren und die notwendigen Anpassungen der Anlage auf ein Minimum zu reduzieren.

Das zweite Beispiel ist ein flexibler und nachgiebiger Soft-Greifer. Soft-Greifer sind primär im Bereich der Lebensmittelindustrie präsent, wo mit weichen und nachgiebigen Endeffektoren oberflächenempfindliche Lebensmittel jeglicher Art ohne Druckstellen gehandhabt werden. Wenn es jedoch in den industriellen Bereich übergeht, finden Soft-Greifer nur noch selten Anwendung. Der Grund ist simpel. Es wird eine sehr hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit von der Greiftechnik gefordert, und diese lässt sich konventionell, bei nachgiebigen Greifsystemen, nur mit hohem experimentellen Aufwand ermitteln und spezifisch gewährleisten. Sobald es zu einer Produktvarianz (Kontur, Form, Gewicht oder Schwerpunkt) kommt, sind erneut empirische Untersuchungen notwendig, um die optimale Konfiguration zu identifizieren.

Es wird daran geforscht, diese Wissenslücke zu schließen und Handhabungs- oder Montageprozesse simulationsbasiert mit nachgiebigen Soft-Greifern vorab zu validieren. Dafür wurden Materialmodelle erstellt, die das nachgiebige Materialverhalten unter Belastung exakt abbilden können. Des Weiteren wurden generische Griff-Szenarien simulativ und experimental untersucht, um die Machbarkeit von Prozessen hinsichtlich der Objekt-Lasten im industriellen Bereich sicherzustellen.

Am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin, Fachgebiet Handhabungs- und Montagetechnik, besteht das Ziel darin, die belasteten Eindrücke im industriellen Bereich gegenüber Soft-Greifern und flexiblen Handhabungsobjekten mittels simulationsbasierter und experimentell validierter Applikationen zu entkräften. Potenzielle Anwender sollen ermutigt werden, den Schritt zu nachgiebigen Greifsystemen im industriellen Segment zu bestreiten, wobei das Team um Prof. Franz Dietrich gerne unterstützt. Eine simulationsgetriebene Funktions- und Prozessabsicherung ermöglicht es dem Anwender, automatisiert Prozesse im Vorfeld zu validieren und zu konfigurieren. Das bedeutet, dass vor der realen Inbetriebnahme des Prozesses alle relevanten Parameter simulativ ermittelt werden und nachfolgend eine kosteneffiziente Parametrierung ohne großen Ausschuss und Justage erfolgt.

Alexander Müller, Research Engineer, IWF der TU Berlin