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Yaskawa Kältebedingte Probleme bei Robotern kennen – und vermeiden

Autor / Redakteur: Siegfried Schauer / M.A. Frauke Finus

Industrieroboter brauchen weder Schlaf noch Pause. Nicht umsonst sind sie deshalb in modernen Produktionsanlagen unersetzlich. Dennoch ist manchmal eine geplante Produktionsunterbrechung unumgänglich – beispielsweise während der Weihnachtsfeiertage. Umso wichtiger ist es, dass der Produktionsanlauf nach einer solchen Pause reibungslos gelingt.

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Eine entsprechende Softwareunterstützung ermöglicht es, Wartungsintervalle anlagenspezifisch zu adaptieren, unregelmäßigen Verschleiß frühzeitig zu erkennen und diesem entgegenzuwirken, sowie durch hard- und softwareseitige Optimierungen die Anlagenverfügbarkeit und die Roboterlebensdauer positiv zu beeinflussen.
Eine entsprechende Softwareunterstützung ermöglicht es, Wartungsintervalle anlagenspezifisch zu adaptieren, unregelmäßigen Verschleiß frühzeitig zu erkennen und diesem entgegenzuwirken, sowie durch hard- und softwareseitige Optimierungen die Anlagenverfügbarkeit und die Roboterlebensdauer positiv zu beeinflussen.
(Bild: Yaskawa)

Geplante Pausen sind in allen Produktionskalendern zu finden. Sie dauern ein paar Tage oder auch mehrere Wochen – in jedem Fall aber sollte es reibungslos weitergehen. Schließlich übernehmen Industrieroboter zentrale Aufgaben an unterschiedlichsten Punkten der automatisierten Produktion. Die Realität sieht häufig anders aus: Die Anlage soll wieder gestartet werden, doch der Roboter rührt sich nicht, oder eine Fehlermeldung leuchtet auf. Typische Probleme in diesen Fällen sind der Verlust der Justage, das nicht-erkennen eines eigentlich bekannten Programms oder ein leerer Speicher. Die Ursache ist meist einfach zu finden und wäre mit geringen Kosten und wenig Zeitaufwand vermeidbar gewesen. Diese bösen – und extrem kostspieligen – Überraschungen erleben vor allem Unternehmen, in denen entsprechend geschultes Personal fehlt.

Die meisten Robotersteuerungen besitzen eine oder mehrere Batterien. Beim Abschalten der Steuerung, ob bewusst oder ungewollt, wird so ein sauberes Herunterfahren und Speichern aller wichtigen Daten – wie Positions-, Programm- oder Nutzerdaten – gewährleistet. Im Hinblick auf einen Wintershutdown und der damit einhergehenden niedrigen Temperaturen und hohen Luftfeuchtigkeit, sollten deshalb vor der Wiederinbetriebnahme die elektrischen Bestandteile geprüft werden: zunächst die Batterien, dann Platinen und Steckverbindungen, die anfällig für elektrische Kurzschlüsse aufgrund hoher Luftfeuchtigkeit sind. Glücklicherweise kann man der Feuchtigkeit im Steuerschrank sehr einfach entgegenwirken, zum Beispiel durch Trockenkissen mit Kieselgel und ähnlichen luftentfeuchtenden Mitteln. Wartungsmanuals geben Hinweise zur Handhabung und empfehlen darüber hinaus, die Batterien der Steuerung präventiv nach einer gewissen Anzahl an Betriebsstunden oder Jahren zu tauschen, um deren reibungslose Funktion sicherzustellen. Viele Steuerungen besitzen zudem eine Kontrollfunktion, die per Meldung „Batteriespannung schwach“ einen Tausch empfiehlt.

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Einfluss niedriger Temperaturen auf die Performance

Besonders bei niedrigen Temperaturen kann es zu weniger offensichtlichen, langfristig aber fatalen und vor allem kostspieligen Problemen kommen. In der Roboterspezifikation ist grundsätzlich ein Betriebstemperaturbereich angegeben. Bei den gängigen Industrierobotern (ausgenommen mit spezieller Ausstattung für Tief- oder Hochtemperaturbereiche) bewegt sich dieser im Bereich zwischen 0 °C und +50 °C. Viele Roboterhersteller spezifizieren neben der Betriebstemperatur auch eine Lagertemperatur die im Regelfall mit -10 °C bis +60 °C großzügiger ausgelegt ist. Ein wichtiger Grund für diese unterschiedlichen Angaben ist der Einfluss der Temperatur auf die Punkt- und Bahngenauigkeit des Roboters. Mechanisch sind vor allem Getriebe und Motoren für Umweltfaktoren anfällig, da die übrigen mechanischen Bauteile überwiegend aus Stahl- oder Aluminiumlegierungen bestehen und eine thermische Verformung dieser Materialien in den seltensten Fällen messbare Abweichungen zur Folge hat. Auffälligkeiten finden sich meist in der Absolutgenauigkeit zwischen IST-Position und programmierter Position und kaum in der Bahngenauigkeit.

Worauf Industrieroboter jedoch nicht ausgelegt sind, ist das verschleißfreie Inbetriebnehmen nach einem langen Stillstand in kalter Umgebung. Ein Start ohne Vorlauf beeinträchtigt die Lebensdauer signifikant und kann darüber hinaus Auswirkungen auf die Positions- und Bahngenauigkeit haben. Je nachdem ob die Robotergetriebe dabei durch Fett oder Öl geschmiert werden, können unterschiedliche Fehlerbilder auftreten: Bei Getrieben mit Öl kann es durch längeren Stillstand zu Sedimentbildung kommen, wodurch bei Wiederinbetriebnahme eine Schleifwirkung auf die Öldichtung wirkt und diese aufreibt, was zu Undichtigkeit führt und Ölverlust die Folge sein kann. Die Konsequenzen können dabei von Produktverunreinigungen durch austretendes Öl bis hin zum Maschinenstillstand aufgrund von Getriebeschaden reichen. Bei gefetteten Getrieben besteht das Risiko, dass durch lange Standzeiten die Viskosität steigt und eine Schwergängigkeit festzustellen ist. Dies kann zu Ungenauigkeiten im Punkt- und Bahnverhalten führen oder aufgrund des erhöhten Widerstandes zu Stör- oder Kollisionsmeldungen. Im schlimmsten Fall hat die Schwergängigkeit einen Getriebe- oder Motorschaden zur Folge.

Die Voraussetzung dafür, dass moderne Industrieroboter lange laufen, schaffen maßgeschneiderte Instandsetzungsstrategien. Verschiedene Wartungsarten beschreibt die DIN 31051, die auch für Roboter gilt. Die korrektiven Wartungen ersetzen abgenutzte Teile und reparieren defekte Anlagenkomponenten bei Ausfall. Zudem zeigt die Erfahrung, dass punktuelle Wartungen eine schnellere Abnutzung der Maschine zur Folge haben. Die Aufgabe eines Wartungsmanagements besteht laut Definition der DIN EN 13306 darin, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls oder einer eingeschränkten Einsatzfähigkeit zu vermindern. Bei Anlagen mit Industrierobotern steht die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls in direkter Verbindung zum Lebenszyklus des Roboters. Diese kann durch präventives Wartungsmanagement grundlegend verbessert werden. Langfristig betrachtet sichert es den Werterhalt der Produktionsgüter. Doch es gibt auch andere wirtschaftliche Vorteile, die für ein präventives Wartungsmanagement sprechen: Geht man beispielsweise von einer Effizienzsteigerung von 0,25 % pro Jahr aus, steht eine besser gewartete Maschine bei 4.000 Betriebsstunden pro Jahr 10 Stunden weniger still. Geht man wiederum von einem Maschinenstundensatz von 2.500,- Euro aus, entspricht dies einer Einsparung von 25.000,- Euro pro Jahr.

Softwareoptionen für ein Condition-Monitoring

Durch Predictive Maintenance, also das vorausschauende Instandhalten, kann ab dem Zeitpunkt der Anschaffung ein anlagenspezifisches Wartungsmanagement erstellt werden. Abrufbare Daten können den Zustand des Roboters und der Anlage wiedergeben. Anhand eines kontinuierlichen Condition-Monitorings werden Unregelmäßigkeiten in der Abnutzung frühzeitig erkannt. Auf dieser Datenbasis lassen sich geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen oder präventive Wartungen punktgenau terminieren. Roboterhersteller bieten in der Regel Softwareoptionen für ein durchgängiges Condition-Monitoring an, über die der Zustand einzelner Roboterkomponenten sichtbar gemacht werden kann.

Doch es gibt Grenzen. Diese sind beispielsweise häufig dann erreicht, wenn die Anlage mit dem Roboter für andere Einsatzzwecke genutzt oder auf ein neues Produkt umgestellt werden soll. Dann ist es wünschenswert, möglichst viele Anlagenteile weiter zu nutzen. Eine komplette Modernisierung der Anlage bedeutet jedoch meist eine „Wesentliche Veränderung von Maschinen“ im Sinne der EG-Maschinenrichtlinie (MaschRL/2006/42/EG). Dann muss auch die Sicherheitstechnik entsprechend aufgerüstet werden, was auch eine erneute CE-Zertifizierung erforderlich macht. Diesen Bedarf deckt Yaskawa mit seinem Engineering und dem Angebot CE- und Safety-Consulting ab. Die Sicherheitsberatung ist ein Bestandteil eines breiten Service-Portfolios, das Yaskawa unter der Überschrift „Total Customer Support (TCS)“ zusammengefasst hat. Einen Schwerpunkt bilden dabei vorbeugende Wartungs-, Service- und Ersatzteilsupports sowie Optimierung und Modernisierung über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Telefonische Hotlines dienen als zentrale Anlaufstelle für technische Probleme und Fragen für alle Yaskawa-Gerätegenerationen. Die Schulungen der Yaskawa Academy runden das TCS-Angebot ab.

Um einen sauberen Shutdown des Roboters und vor allem eine problemlose Wiederinbetriebnahme zu gewährleisten, sollten die von Roboterherstellern angeratenen Wartungsschritte, unabhängig von Betriebsstunden oder Alter, vor einem geplanten Abschalten durchgeführt werden. Für einen schonenden Anlauf der Mechanik empfiehlt sich, sofern kein externes Klimagerät zum Einsatz kommt oder bereits andere Warmfahrmaßnahmen implementiert sind, das Roboterprogramm mit geringem Override zu starten, um die Komponenten und Schmiermittel langsam im Zusammenspiel auf Betriebstemperatur zu erwärmen. Unabhängig von Saison oder Anzahl der Abschaltungen ist eine regelmäßige Sicherung der Roboterdaten und -programme auf externen Datenträgern oder Servern unabdingbar, um im Störungsfall den geringstmöglichen Datenverlust sicherzustellen.

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