Ein Modell zur energetischen Analyse und Bewertung von Vakuum-Greifsystemen

Steigende Energiekosten sowie zunehmende gesellschaftliche Forderungen einer nachhaltigen Produktion haben Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs in allen Bereichen der Industrie vorangetrieben und Energieeffizienz zu einem Differenzierungsmerkmal bei der Vermarktung von Industrieprodukten und Produktionsmaschinen entwickelt. In der Vakuum- Greiftechnik ist jedoch ein grundsätzliches Defizit bei der systematischen Auslegung von Systemen vorhanden und der Energieverbrauch respektive die Energieeffizienz werden in den vorhandenen Auslegungsansätzen nicht ausreichend berücksichtig. Um diese Lücke zu schließen, wurden die Erforschung energetischer Prozesse von Vakuum-Greifsystemen und die Entwicklung einer Systematik zur Bewertung des Energieverbrauchs im Konfigurationsprozess als Aufgabenstellungen dieser Arbeit abgeleitet. Vor dem Hintergrund der identifizierten Defizite aus dem Stand der Technik und basierend auf den anschließend erarbeiteten Grundlagen sowie den gestellten Anforderungen erfolgte die Konzeption eines zweiphasigen Analyse- und Bewertungsmodells für Vakuum-Greifsysteme. Die erste Phase ist so konzipiert worden, dass darin energetischer Wirkzusammenhänge von Vakuum-Greifsystemkomponenten analysiert und modelliert werden. Zu Beginn werden die energiebestimmenden Prozess- und Systemparameter ermittelt, die als Grundlage der energetischen Analysen der einzelnen Greifsystemkomponenten dienten. Die Analysen umfassten umfangreiche Experimente mit Messungen sowie theoretische und simulationsgestützte Untersuchungen. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen der Analysen wurden anschließend Methoden zur Modellbildung der energieverbrauchsrelevanten fluidischen, strukturmechanischen und energetischen Eigenschaften für jede der untersuchten Komponente entwickelt. Die jeweiligen Kapitel zur Modellbildung schlossen mit erfolgreichen Validierungen der Modellbildungsmethoden und den Nachweisen der Modelltauglichkeit ab. Darauf aufbauend wurde für die zweite Phase ein Verfahren zur energetischen Bewertung von Vakuum-Greifsystemen entwickelt, das im Kontext der Greifsystem-Konfiguration zur Anwendung kommt und eine systematische Steigerung der Energieeffizienz ermöglicht. Das Vorgehensmodell zur energetischen Evaluierung wurde so konzipiert, dass das in der ersten Phase erworbene Wissen über die energetischen Prozesse während der Konfiguration eines Vakuum-Greifsystems zur Anwendung kommen kann. Da unterschiedliche Energiearten bei der Vakuum-Erzeugung verwendet werden können, wurde ein Verfahren entwickelt, das neben der physikalischen auch die technische Vergleichbarkeit von Energiekenngrößen unter Berücksichtigung peripherer Prozesse sicherstellt. Zum Abschluss erfolgte die Umsetzung des entwickelten Vorgehensmodells zur energetischen Evaluierung von Vakuum-Greifsystemen und die erfolgreiche Validierung anhand realistischer Anwendungsfälle aus der industriellen Praxis. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass das Vorgehensmodell ein hilfreiches Mittel bei der Auslegung energieeffizienter Vakuum-Greifsysteme darstellt. Die Ergebnisse der Validierungen verdeutlichten durch die signifikanten Unterschiede im Energieverbrauch die Notwendigkeit der energetischen Bewertung der Greifsystemlösungen im Rahmen des Konfigurationsprozesses.