Das Wartungsproblem in rund um die Uhr betriebenen Lagern
Die Lagerrobotik arbeitet unter Bedingungen, die jede mechanische Komponente bestrafen würden. Staub, Schutt, Temperaturschwankungen und unerbittliche 24/7-Zyklen schaffen eine Umgebung, in der traditionelle Metallwälzlager mit Schmierfettschmierung einer ständigen Verschlechterung ausgesetzt sind. Die Schmierung selbst wird zu einer Verbindlichkeit — das Schmierfett zieht in der Luft schwebende Partikel an und fängt sie ein, was den Verschleiß beschleunigt, anstatt ihn zu verhindern. Wartungspläne, die auf Nachschmiering aufgebaut sind, erhöhen die Arbeitskosten und erzeugen Ausfallzeiten, die die Effizienzgewinne untergraben, die die Roboter liefern sollen.
Bastian Solutions, ein Unternehmen von Toyota Advanced Logistics, das automatisierte Materialflusssysteme entwickelt, musste sich diesem Problem bei der Entwicklung seines autonomen ULTRA BLUE Lastkraftwagen-Laderoboters direkt stellen. Das System ist dafür ausgelegt, das manuelle Verpacken von Kartons in Lagerkversandvorgängen zu ersetzen und kann bei Dauerbetrieb über 1.000 Kisten pro Stunde bewältigen. Mit einem ausfahrbaren Mast, einer sechsachsigen End-Effector-Tooling und mit Lidar-Navigation gesteuerten gelenkigen Förderbändern ist der ULTRA BLUE eine mechanisch komplexe Plattform mit zahlreichen Rotations- und Linearbewegungspunkten — jeder ein potenzieller Wartungsalptraum.
Der Wechsel zu selbstschmierenden Polymeren
Anstatt den konventionellen Ansatz von Metallwälzlagern und regelmäßiger Schmierung zu akzeptieren, wandte sich Bastian Solutions an igus, einen deutschen Hersteller von hochleistungs-Kunststoff-Bewegungskomponenten, die keine externe Schmierung benötigen. Die Zusammenarbeit führte zur Integration von vier verschiedenen igus-Produkttypen auf der gesamten ULTRA BLUE-Plattform, wobei jeder einen bestimmten Bewegungsanforderung adressiert.
Gleitlager wurden in einem Viergelenkgetriebe installiert — eines der mechanisch am stärksten belasteten Teilsysteme des Roboters. Dieses Getriebe wandelt die Motorrotation in die komplexen Gelenkungsmuster um, die zum Positionieren der Förderbandabschnitte während des Ladevorgangs erforderlich sind. Traditionelle Lager an dieser Stelle erforderten häufige Wartung; die igus-Kunststofflager eliminierten diese Wartung vollständig, während sie die Betriebslebensdauer des Systems verdoppelten und die Lagerkosten um die Hälfte senkten.
Linearführungen wurden sowohl zur Unterstützung des Gelenkmechanismus als auch der Förderbandabschnitte eingesetzt. Diese Führungen müssen einen reibungslosen und geräuschlosen Betrieb in geschäftigen Lagerumgebungen ermöglichen, in denen Lärmpegel bereits ein Problem darstellen. Die inhärenten Dämpfungseigenschaften des Polymermaterials tragen zu einem geräuschloseren Betrieb im Vergleich zu Metall-auf-Metall-Alternativen bei, ein Vorteil, der sich in Anlagen mit mehreren Robotersystemen gleichzeitig vervielfacht.
Lösung der Kugelgelenkherausforderung
Eine der elegantesten Engineerlösungen betraf die schwenkbaren Förderbandabschnitte, die es dem ULTRA BLUE ermöglichen, seinen Ladepfad in verschiedene Lastkraftwagenkonfigurationen zu artikulieren. Diese Schwenkpunkte erfordern Kugelgelenke, die Multi-Achs-Rotation ermöglichen, während sie erhebliche dynamische Lasten unterstützen, wenn Kisten mit hoher Geschwindigkeit über das Förderband wandern.
Traditionelle Kugelgelenke in staubigen Lagerumgebungen erfordern normalerweise Staubschutzmanschetten — Schutzvorrichtungen, die das Gelenk vor Verschmutzung versiegeln. Diese Stiefel erhöhen die Kosten, erzeugen zusätzliche Ausfallpunkte und müssen regelmäßig inspiziert und ersetzt werden. Die igus-Kungelgelenke aus selbstschmierenden Polymerverbindungen beseitigten die Notwendigkeit von Staubschutzmanschetten vollständig. Das Material ist von Natur aus beständig gegen Partikeleinlagerung und funktioniert auch bei Exposition gegenüber Staub und Schutt weiter ohne den beschleunigten Verschleiß, der ein geschmiertes Metallgelenk zerstört.
Am hinteren Förderbandlager verwalten ebene Schwenklager die Rotationslasten, die es dem Förderbagsystem ermöglichen, die Lastzone des Lastkraftwagens zu verfolgen und auszurichten. Diese Lager müssen gleichzeitig radiale und axiale Lasten unterstützen und dabei eine reibungslose Rotation unter unterschiedlichen Lastbedingungen beibehalten, wenn Kisten unterschiedlicher Gewichte das System durchlaufen.
Die technische Begründung für Bewegungskunststoffe
Die Vorteile von selbstschmierenden Polymerkomponenten in der Lagerrobotik gehen über die Beseitigung von Schmierfett hinaus. Temperaturbeständigkeit ist ein bedeutender Faktor — Lagerflächen können zwischen den Jahreszeiten großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sein, und traditionelle Schmierfettschmiermittel verändern ihre Viskosität mit der Temperatur und werden in kalten Bedingungen zu dick und in Hitze zu dünn. Kunststofflager behalten eine konsistente Leistung über eine breite Temperaturbandbreite ohne Anpassung oder saisonale Wartung bei.
Gewichtsreduktion ist ein weiterer Vorteil. Kunststoffkomponenten sind deutlich leichter als ihre Metallgegenstücke und reduzieren die Gesamtmasse beweglicher Teilsysteme. Bei einem Roboter, der seine Förderbandabschnitte Tausende Male pro Tag beschleunigen und verlangsamen muss, führt eine geringere bewegliche Masse direkt zu reduzierten Motorlasten, geringerem Energieverbrauch und weniger Belastung auf Strukturkomponenten.
Chemikalienbeständigkeit rundet den technischen Fall ab. Lagerumgebungen können Ausrüstung Reinigungsmittelausetzung, Hydraulikflüssigkeitsverluste von anderer Maschinen oder Produktverschüttungen aussetzen. igus-Polymermaterialien beständig gegen eine breite Palette von Chemikalien, die herkömmliche Schmierstoffe angreifen oder Metalllagerflächen korrodieren würden.
Breitere Implikationen für die Lagerautomatisierung
Die Fallstudie zu Bastian Solutions veranschaulicht einen breiteren Trend in der Lagerrobotik: die Migration weg von wartungsintensiven mechanischen Designs hin zu Komponenten und Materialien, die echten Deploy-and-Forget-Betrieb unterstützen. Wenn Lager größere Roboterflotten einsetzen, wird die kumulative Wartungslast traditioneller Komponenten zu einem Skalierungsengpass. Eine Einrichtung mit zehn Robotern kann regelmäßige Schmierungspläne verwalten; eine Einrichtung mit hundert Robotern kann sich die Arbeitskosten und Ausfallzeiten nicht leisten.
Schmierungsfreie Bewegungskunststoffe sprechen diese Skalierungsherausforderung direkt an. Jede Komponente, die eine Wartungsaufgabe eliminiert, reduziert die Gesamtkostenbesitz der Roboterflotte und erhöht die effektive Verfügbarkeit jeder Einheit. Für Lagerbetreiber, die bereits mit Arbeitskräftemangel konfrontiert sind, ist die Umleitung von Wartungsstunden von der Roboterwartung zu anderen wertschöpfenden Aktivitäten ein unmittelbarer Produktivitätsgewinn.
Die Partnerschaft zwischen Bastian Solutions und igus demonstriert auch, wie Komponenten-Level-Innovationen System-Level-Auswirkungen haben können. Die Verdopplung der Lebensdauer des ULTRA BLUE und die Halbierung der Lagerkosten wurden nicht durch einen radikalen Übernahmewechsel der Roboterarchitektur erreicht, sondern durch durchdachte Materialsubstitution an bestimmten Hochverschleißstellen. Dieser Ansatz ist über die gesamte Lagertechnik-Industrie replizierbar und deutet darauf hin, dass viele bestehende Roboterplattformen von ähnlichen Polymerkomponentenverbesserungen profitieren könnten, ohne Grundlagenänderungen der Ingenieurwesen zu erfordern.
Dieser Artikel basiert auf Berichten von The Robot Report. Lesen Sie den ursprünglichen Artikel.
