Nachhaltigkeit bei Industrierobotern
Roboter effizienter nutzen
Nachhaltigkeit wird auch in der industriellen Produktion mehr und mehr gefordert. Dafür bieten Industrieroboter großes - und bisher noch oft ungenutztes - Potenzial zur Einsparung bzw. effizienteren Nutzung von Energie und Material: Von deren Herstellung über den Betrieb bis hin zur Instandhaltung.
Bild: Yaskawa Europe GmbHEinen Roboter so lange wie möglich zu nutzen, ist nicht nur günstiger als ein neues Gerät, sondern natürlich auch viel ressourcenschonender. Yaskawa setzt daher bereits in der Entwicklung darauf, sehr langlebige Kinematiken anzubieten. Waren sie früher ausgelegt auf eine Gesamtbetriebsdauer von acht bis zwölf Jahren, sind viele Motoman-Roboter heute sogar noch nach 30 Jahren im Einsatz. Der eigentliche Lebenszyklus eines Roboters ist mit etwa acht Jahren allerdings unverändert geblieben. Damit stellt sich die Frage, was nach Ablauf dieser Zeitspanne mit dem Roboter geschehen soll. Wurde er in der Vergangenheit einfach durch einen neuen ersetzt, geht es heute immer öfter darum, seine Betriebsfähigkeit über den ersten Lebenszyklus hinaus zu verlängern.
Eine Möglichkeit besteht darin, den Roboter einfach weiter zu nutzen und im Havariefall reparieren zu lassen. Eine solche Reparatur nimmt jedoch häufig mehrere Tage in Anspruch - selbst dann, wenn der Servicetechniker umgehend verfügbar ist und den Fehler schnell diagnostizieren kann. In dieser Zeit steht die Produktion still. Außerdem sind die Reparaturkosten abhängig vom tatsächlichen Schaden und somit schwer zu kalkulieren. Zusätzlich entstehen Reise- und Nebenkosten. Und nicht zuletzt sind die Rahmenbedingungen für eine Reparatur im Produktionsumfeld meist nicht ideal, etwa die beschränkte Zugänglichkeit sowie die häufig fehlenden Hebe- und Transportwerkzeuge oder auch Lastenkräne. Eine ungeplante Reparatur vor Ort sollte deshalb auf absolute Notfälle beschränkt sein.
Bild: Yaskawa Europe GmbHGeneralüberholung oder Austausch
Viel sinnvoller ist ein Retrofit, bei dem der in die Jahre gekommene Roboter planmäßig überholt oder ausgetauscht wird. Yaskawa bietet für Motoman-Roboter beide Möglichkeiten: Bei einer Generalüberholung wird der Roboter im Robotics-Werk Allershausen komplett zerlegt und in einen neuwertigen Zustand gebracht. Anschließend geht er wieder an den Kunden zurück. Das bietet sich an, wenn der Roboter ohnehin für einige Zeit nicht benötigt wird, etwa bei einem Produktwechsel. Wenn es hingegen schnell gehen muss, empfiehlt sich ein Austausch des Roboters durch ein bereits überholtes baugleiches Modell. Das erfordert lediglich eine Nachjustierung der Arbeitsprogramme und kann innerhalb weniger Stunden erfolgen.
Vom Zeitaspekt abgesehen, bieten beide Retrofit-Programme, Generalüberholung und Austausch, dieselben generellen Vorteile: Die Gewährleistung auf getauschte Komponenten erneuert sich für ein Jahr. Ein garantierter Festpreis, der sich an der Tragkraft des Roboters orientiert, bietet Investitionssicherheit. Die bestehende Steuerung, vorhandene Ersatzteile und auch die gesamte Anlagenperipherie kann ohne Neuinvestitionen weitergenutzt werden. Zudem entsteht kein Aufwand für Neuprogrammierung und Mitarbeiterschulung. Und nicht zuletzt stellt der Einsatz eines baugleichen Modells keine "wesentliche Veränderung von Maschinen" im Sinne der EG-Maschinenrichtlinie dar. Es ist also keine neue Sicherheitsprüfung oder CE-Kennzeichnung notwendig.
Effizienter Betrieb durch Rückspeisung
Beim Thema Energieeffizienz ist zunächst ein Blick auf das durchschnittliche CO2-Äquivalent der drei Phasen des Roboterlebenszyklus aufschlussreich: Am wenigsten CO2 entsteht während der End-of-Life-Phase, wo beim Recycling sogar Energie ins System zurückgegeben werden kann. Der höchste Anteil entfällt natürlich auf die Nutzungsphase, gerade wenn sie viele Jahre dauert. Roboter tragen damit umso mehr zur Realisierung von Nachhaltigkeit bei, je ressourcenschonender sie im laufenden Betrieb arbeiten.
Schon eine intelligente Steuerung der Betriebsabläufe kann Energie einsparen, etwa durch eine automatische Abschaltung der Produktionsanlagen in geplanten Pausen. Es gibt aber auch spezifische Energieeinsparlösungen, denn Industrieroboter führen beim Handling, Palettieren, Fügen oder Bearbeiten auch viele Abwärts- oder Seitwärtsbewegungen aus. Ihre Servomotoren bauen dabei Energie ab. Bisher wird diese Energie durch elektrische Widerstände in Abwärme umgewandelt und ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Yaskawa hingegen hat eine Lösung entwickelt, mit der die elektrische Energie auch ohne zusätzliche Hardware ins Netz rückgespeist werden kann. Alle Motoman-Roboter ab rund 35kg Traglast und mit der YRC1000-Robotersteuerung sind serienmäßig in der Lage, kinetische Energie aus Ab- und Seitwärtsbewegungen direkt in 400V-Wechselstrom bei 50Hz umzuwandeln und ins Stromnetz zurückzuspeisen.
Der Energiebedarf des Roboters reduziert sich damit je nach Bewegungsmuster deutlich. Erfahrungswerte liegen im Bereich von 8 bis zu 25 Prozent. Im Ergebnis kann das jährlichen Einsparungen von rund 2.800KWh pro Roboter entsprechen. Das ist etwa der Strombedarf eines Dreipersonenhaushalts und entspricht rund 1.600kg vermiedenem CO2 bzw. über 1.000 Euro an Stromkosten.
Weitere Effizienzpotenziale erschließen die Motoman Roboter etwa durch das schnelle Einfallen von Bremsen bei Bewegungspausen, um die aktive Positionsregelung bei Nichtgebrauch abzuschalten.
Herstellung und Logistik
Als Hersteller und Zulieferer hat sich Yaskawa hohe Nachhaltigkeitsziele gesetzt: Weltweit richtet das Unternehmen seine Aktivitäten an den 17 UN-Nachhaltigkeitszielen aus und unterstützt den Einsatz seiner Produkte für nachhaltige Projekte. Der Verkauf ressourceneffizienter Produkte soll dazu beitragen, bis 2025 die 100-fache Menge der selbst verursachten CO2-Emissionen einzusparen. Zudem setzt der Roboterhersteller auf Europa als Produktionsstandort: Das 2018 eröffnete Werk im slowenischen Koevje deckt inzwischen fast 90 Prozent des europäischen Bedarfs an Motoman-Robotern. Das vermeidet nicht nur den CO2- und Abgasausstoß von tausenden eingesparten Transportkilometern, sondern verkürzt ganz nebenbei auch die Lieferzeiten für die europäischen Abnehmer.
Nachhaltigkeit wird auch in der industriellen Produktion mehr und mehr gefordert. Dafür bieten Industrieroboter großes - und bisher noch oft ungenutztes - Potenzial zur Einsparung bzw. effizienteren Nutzung von Energie und Material: Von deren Herstellung über den Betrieb bis hin zur Instandhaltung.
Bild: Yaskawa Europe GmbHEinen Roboter so lange wie möglich zu nutzen, ist nicht nur günstiger als ein neues Gerät, sondern natürlich auch viel ressourcenschonender. Yaskawa setzt daher bereits in der Entwicklung darauf, sehr langlebige Kinematiken anzubieten. Waren sie früher ausgelegt auf eine Gesamtbetriebsdauer von acht bis zwölf Jahren, sind viele Motoman-Roboter heute sogar noch nach 30 Jahren im Einsatz. Der eigentliche Lebenszyklus eines Roboters ist mit etwa acht Jahren allerdings unverändert geblieben. Damit stellt sich die Frage, was nach Ablauf dieser Zeitspanne mit dem Roboter geschehen soll. Wurde er in der Vergangenheit einfach durch einen neuen ersetzt, geht es heute immer öfter darum, seine Betriebsfähigkeit über den ersten Lebenszyklus hinaus zu verlängern.
Eine Möglichkeit besteht darin, den Roboter einfach weiter zu nutzen und im Havariefall reparieren zu lassen. Eine solche Reparatur nimmt jedoch häufig mehrere Tage in Anspruch - selbst dann, wenn der Servicetechniker umgehend verfügbar ist und den Fehler schnell diagnostizieren kann. In dieser Zeit steht die Produktion still. Außerdem sind die Reparaturkosten abhängig vom tatsächlichen Schaden und somit schwer zu kalkulieren. Zusätzlich entstehen Reise- und Nebenkosten. Und nicht zuletzt sind die Rahmenbedingungen für eine Reparatur im Produktionsumfeld meist nicht ideal, etwa die beschränkte Zugänglichkeit sowie die häufig fehlenden Hebe- und Transportwerkzeuge oder auch Lastenkräne. Eine ungeplante Reparatur vor Ort sollte deshalb auf absolute Notfälle beschränkt sein.
Yaskawa Europe GmbH
Dieser Artikel erschien in ROBOTIK UND PRODUKTION 1 (März) 2024 - 04.03.24.Für weitere Artikel besuchen Sie www.robotik-produktion.de
