Modulare Portalroboter und Linearroboter

Synonyme: Portalsysteme, Portaltechnik, Portale, Mehrachsssysteme, Linearroboter

 

Definition

Linearroboter bestehen aus einer seriellen, üblicherweise rechtwinklig verketteten Anordnung von mindestens drei Linearachsen. Am weitesten verbreitet sind modulare Portalroboter als Flächenportal, Linienportal oder Kragarmroboter. Dazu gehören auch Portal- und Auslegerlagen als Komponenten zum Aufbau von Mehrachs-Linearsystemen. Grundeinheit der Portalsysteme sind angetriebene Linearachsen mit verfahrbaren Schlitten, an denen weitere Achsen, Greifer oder Werkzeuge befestigt werden. Der Schlittenantrieb erfolgt typischerweise durch Elektromotoren mit Kraftübertragung durch Zahnriemen, Zahnstangen oder Spindeln, auch Linearmotor-Direktantriebe oder kolbenstangenlose Pneumatikantriebe werden verwendet. 
Bei Portalkonstruktionen wird die Y-Achse von zwei parallelen Führungsachsen in X-Richtung verfahren. Portalroboter ermöglichen anwendungsspezifisch eine Beweglichkeit in XZ- oder XYZ-Richtung und können zusätzliche Drehachsen und Greifer umfassen. Als vertikale Achsen kommen Ausleger- und Teleskopachsen zum Einsatz. Im Gegensatz zu Pick-and-Place-Einheiten oder Gelenkarmrobotern lassen sich mit modularen Portalrobotern bauartbedingt sehr große Verfahrwege und Arbeitsräume herstellen und auch hohe Lasten handhaben. Linearroboter bestehen aus einzelnen Führungsachsen oder Kragachsen ohne Unterstützung und eignen sich deswegen nur für kleinere Arbeitsräume.

Funktionsprizip


Modulare Portale basieren auf anwendungsspezifisch ausgewählten Lineareinheiten, die auch als weitgehend standardisiertes Baukastensystem zur Verfügung stehen können. Bei leichteren und mittleren Belastungen werden Achsen aus Aluminium-Strangpressprofilen verwendet, bei hohen Lasten kommen geschweißte Stahlprofile zum Einsatz. Die Linearführung basiert in der Regel auf Wälzführungen wie Laufrollen- oder Kugelumlauf-Schienenführungen. 
Die Verfahrgeschwindigkeit, Dynamik und Antriebskraft der Achse hängen im Wesentlichen von der Antriebsart sowie von der Kraftübertragung ab, wobei in einem Portalsystem auch verschiedene Antriebsprinzipien kombiniert sein können. Häufig werden die Achsen durch extern angebaute Servo- oder Schrittmotoren angetrieben, indem die Drehbewegung des Motors über eine Kraftübertragung mit Zahnriemen, Kugelumlaufspindel oder Zahnstange in eine lineare Bewegung umgesetzt wird. Zahnriemen ermöglichen eine hohe Verfahrgeschwindigkeit bei relativ geringer Haltekraft. Zahnstangenantriebe eignen sich vor allem zur Realisierung großer Verfahrstrecken. Spindelantriebe ermöglichen nur geringe Verfahrwege und kommen z. B. für Z-Achsen zum Einsatz, erlauben jedoch hohe Vorschubkräfte und können selbsthemmend sein. Wenn keine frei programmierbare Bewegung erforderlich ist und geringe Kräfte ausreichen, lassen sich auch kolbenlose pneumatisch angetriebene Einheiten verwenden.
Portalsysteme mit Linearmotor-Direktantrieb verfügen über sehr hohe Dynamik, Verfahrgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit, bieten jedoch nur geringere Vorschub- und Haltekräfte.

Einsatzbereich


Modulare Portale dienen zum Aufbau von anwendungsspezifischen kartesischen Mehrachssystemen und Portalrobotern. Modulare Portale ermöglichen im Vergleich zu Horizontal- oder Vertikal-Knickarmrobotern größere Arbeitsräume sowie auch die Aufnahme von hohen Lasten. Für kleinere Arbeitsräume mit geringeren Lasten eignen sich auch andere Linearroboter ohne die beidseitige Stützung einer Portalbrücke.
Handhabungsaufgaben sind z. B. die Maschinenbeschickung, die geordnete Teilebereitstellung und Verkettung, das Umsetzen zwischen Fördereinrichtungen sowie das Verpacken und Palettieren. In Fügeanwendungen können modulare Portale die Koordinatenführung zum Schweißen, Klebstoffauftrag, Dosieren etc. übernehmen. Bearbeitungsanwendungen finden sich beispielsweise in Werkzeugmaschinen, zur Bearbeitung von Kunststoffen, Holz, Leichtmetall, zur Laserbearbeitung sowie zum Schweißen und Schneiden. Weitere Aufgaben sind z. B. die Prüfsondenhandhabung oder die hochpräzise Koordinatenführung für Messanwendungen. 
Anwender sind der interne Betriebsmittelbau sowie der Sondermaschinen- und Anlagenbau für alle Branchen der Industrie sowie z. B. Hersteller von Werkzeug- und Bearbeitungsmaschinen.