CryoTec

Entwicklung einer Technologie und der Gerätetechnik zum adhäsiven Handling

biegeschlaffer, luftdurchlässiger Materialien

Beschreibung:

Biegeschlaffe Materialien finden in unserer heutigen Gesellschaft zahlreiche und wichtige Anwendungen. Unter anderem zählen dazu Textile, welche z.B. in der Kleidungs- und Automobilindustrie Anwendung finden. Hinzu kommen technische Textilien mit besonderen Eigenschaftsprofilen, wie z.B. Glasfaser- oder Carbon-Gewebe, welche auch in Zukunft eine immer wichtigere Rolle bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen haben. Somit ist von einem wachsenden Markt an biegeschlaffen Materialien auszugehen.

Obwohl biegeschlaffe Materialien viele Anwendungsbereiche darstellen, stellen sie Ingenieure aufgrund ihrer Eigenschaften vor schwierige Herausforderungen. So wird die automatisierte Handhabung dieser Materialien bislang als problematisch angesehen. Vor allem das sogenannte De-Stacking, also die automatisierte Entnahme der obersten Schicht eines Materialstapels ist bislang ein ungelöstes Problem. Der Grund hierfür ist, dass sich solche biegeschlaffen Materialien unter anderem durch ein niedriges E-Modul, sowie geringe Biege-, Dehn- und Torsionssteifigkeit auszeichnen. Dies sorgt dafür, dass es beim Einwirken von äußeren Kräften und Momenten zu starken Verformungen kommt. Aus diesem Grund konnten z.B. in Bezug auf die Bekleidungsproduktion Prozessschritte, wie das Zuführen von Textilteilen, das Vereinzeln sowie die Entnahme bzw. definierte Ablage von Textilteilen heutzutage nur teilautomatisiert bzw. mit einem hohen Anteil manueller Tätigkeiten gelöst werden.

Eine Möglichkeit in Zukunft diesen Herausforderungen zu begegnen, ist das hydroadhäsive Greifen auch Gefriergreifen genannt. Bei diesem Prinzip wird ein Wirkmedium zwischen dem Greifer und dem Werkstoff eingefroren. Das Ergebnis ist ein Stoffschluss zwischen dem Greifer und dem zu greifenden Material. Im Gegensatz zu bereits verwendeten Greifern, wie z.B. Nadelgreifern oder das Greifen durch Klemmen kann eine mögliche Zerstörung des Materials ausgeschlossen werden. Außerdem werden hohe Haltekräfte ermöglicht ohne Spannungsspitzen im Material zu bilden, sodass biegeschlaffe Materialien flächig gegriffen werden können. Dies ist weiterhin eine Voraussetzung dafür z.B. Textile ohne Formverlust zu transportieren oder von Stapeln zu separieren.

Jedoch ist diese Technologie bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht reif für den industriellen Gebrauch. Für Schwierigkeiten beim Greifen sorgen zum einen sich ständig ändernde Umgebungsbedingungen, wie z.B. die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. Auch die verschiedenen Materialien mit ihren inhomogenen Oberflächenbeschaffenheiten (Rauigkeit, Oberflächentemperatur, Porosität) verhindern bei einer statischen Regelung der Prozessparameter einen beherrschten und reproduzierbaren Greifprozess. Aus diesem Grund bedarf es einer intelligenten Steuerung der Parameter beim Greifprozess.

Aufgrund dieser Herausforderungen ist das Hauptziel des „CryoTec“-Projekt als Zusammenschluss zwischen der TH-Wildau, der Automation Uhr GmbH, der IFQ GmbH Wismar und der TU Dresden, die Entwicklung eines intelligenten Greifverfahrens für biegeschlaffe Materialien. Zur Erreichung dieses Ziels werden die Projektpartner das Wissen aus ihren jeweiligen Disziplinen bündeln, um auch wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Fragen und Herausforderungen zu begegnen. So können durch eine erfolgreiche Projektlösung belastende Tätigkeiten reduziert und Produktionskosten gesenkt werden. Als Folge werden Teile der Textilproduktion von Niedriglohnländern mit schlechten Arbeitsbedingungen in hochentwickelte, lohnintensive Länder verlagert.
Ein wichtiger Meilenstein dieser wissenschaftlichen Unternehmung ist die Entwicklung eines datengetriebenen Modells zur Selbstoptimierung des hydroadhäsiven Greifprozesses.

Datengetriebene Modelle nutzen historische Daten zum Trainieren des Zielsystems. Jedoch stellen die Erhebung sowie Etikettierung der Daten einen erheblichen Kosten- und Zeitfaktor dar. Aus diesem Grund soll über den Ansatz des teilüberwachten Lernens sichergestellt werden, sodass das Zielsystem auch während dem Betrieb trainiert werden kann. In diesem Fall müssen über ein Sensorsystem, welches im Rahmen dieses Projektes neu entwickelt werden muss, prozessrelevante Daten gesammelt und zum Trainieren des Greifer-Systems verwendet werden. So soll das System „erlernen“, wie die Prozessparameter je nach Materialbeschaffenheit sowie den Umgebungsparametern geregelt werden müssen, um einen erfolgreichen und sicheren Greifprozess zu realisieren.

Hardwareseitig bedarf es einer Weiterentwicklung bereits entwickelter Prototypen des Gefriergreifers sowie einer entsprechenden Kinematik. Derzeit wird in den Prototypen vor allem das Peltier-Element favorisiert. Hier bedarf es beispielsweise bezüglich zusätzlicher Oberflächenbehandlungen weitere Forschung.