Das Trio lächelt hoffnungsvoll. Frederic Reichert, Markus Fischer und Achim Mebert sind angetreten, die Welt der Greifarme zu verändern. Mit dem „Bionic-Tripod” samt Greifer „Fin-Gripper” wollen die im Dienst der Festo AG & Co. KG stehenden Mitarbeiter dem Industrie- und Prozessautomatisierer mit Sitz in Esslingen Zukunft sichern. Ihr Ansatz: Herkömmliche automatisierte Greifprozesse durch einen neuentwickelten, extrem energiesparenden Prozess zu ersetzen. Möglich wird das durch eine einzigartige Leichtbaukonstruktion, die in eine anschmiegsame Dreifinger-Kunststoffhand mündet. Mit diesem Arm können Zitronen ebenso passgenau aufgenommen und schonend sortiert werden wie Paprika, Tomaten oder Zwiebeln. Auch Glühbirnen wären damit schadlos zu verpacken, wenn sie denn noch eine Zukunft hätten. Genauso gut lassen sich auch andere filigrane Produkte mit dem Greifarm sortieren. Testanwendungen gibt es bereits weltweit: Ein Blumenhändler in Holland sortiert Blumenzwiebeln, eine Bäckerei in Indien Kekse, eine italienische Firma verstaut Schoko-Eier. Dass sich Festo mit solchen Technologien beschäftigt, geht auf Wilfried Stoll zurück, einen der beiden Unternehmens-Chefs. Er hatte schon in den 1990er-Jahren seinen Ingenieuren die Devise vorgegeben, von der Natur zu lernen. Das sollte die Maschinenbauer auf neue Gedanken bringen.
PINGUINE, DIE FlieGEN
Im Jahr 2006 hat sich ein fünfköpfiges interdisziplinäres Team um Markus Fischer formiert und sich mit „Bionic Learning Network” einen international wohlklingenden Namen gegeben. Das Kunstwort Bionik – eine Synthese aus „Bio”-logie und Tech- „nik” – steht für das Nachahmen von Designprinzipien aus der Natur für technische Anwendungen. Und so lehrte Markus Fischer, Leiter Corporate Design, Pinguinen das Fliegen: Mit dem Schlag ihrer Stummelflügel bewegen sich Pinguine „made by Festo” gemächlich vorwärts. Sie sind 3,70 Meter lange Luftschiffe. Der Bauch ist voll mit Helium, das die ein Kilogramm schwere Konstruktion in der Luft hält. Die Bewegungsrichtung gibt ein ausgeklügelter Mechanismus vor: In der Nasenspitze und im Schwanzende laufen jeweils vier Kohlefaserstäbchen spitz aufeinander zu. In kurzen Abständen sind sie gelenkig miteinander verbunden. Ein leichtes Ziehen oder Drücken an den Stäbchen krümmt die gesamte Nase oder das Heck des von Fischer „Air-Penguin” genannten Schwebekörpers. Dieser Krümmung folgt die Flugbahn. Der Air-Penguin ist nur ein Beispiel von unkonventionellen, ja verspielt anmutenden Designs und Konstruktionen. Auf Messen und Veranstaltungen sind die Leichtbaukonstruktionen Blickfänger und Botschafter für die Entwicklungskompetenz des Mittelständlers.
Sowohl der Bionic-Tripod als auch der Greifer Fin-Gripper basieren auf dem sogenannten Finray-Effekt, der den Bewegungen von Fischflossen abgeschaut ist: Fische erreichen mit minimalen Auslenkungen große Körper- und Flossenkrümmungen, schlängeln sich mithin kraftsparend durchs Wasser. Beim Tripod-Arm, der – plakativ gesprochen – nur aus drei Kohlefaserstangen und einer Druckluftzuführung besteht, sind Verbiegungen bis zu 90 Winkelgrad möglich. Der Greifer besteht aus biegsamem Kunststoff (für Fachleute: aus Polyamid 12), der gleichzeitig sehr steif sein kann. Er wiegt nur ein Zehntel eines vergleichbaren Metallteils. Das macht ihn schneller und verbraucht bei den tausendfachen Bewegungen im Takt der Fließbandproduktion nennenswert weniger Strom. Das Festo-Produkt soll bis 2012 serienreif sein und dann preislich mit herkömmlichen Greifarmen konkurrieren können. Auf der Hannover Messe Industrie wird diese Entwicklung vom 19. bis 23. April in einer optimierten Version „ 2.0″ vorgestellt.
„Die Finger sind flexibel und passen sich einem Objekt an. Dadurch können sie die Kraft so ausüben, dass das Objekt nicht zerdrückt wird”, kommentiert Andrzej Grzesiak vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Er und seine Kollegen haben bei der Herstellung des Faltenbalgs mitgewirkt. Mit einem speziellen Druckverfahren produziert Festo Greifer und Balg aus einem Guss. Schicht für Schicht wird Kunststoffgranulat aufgetragen und mit einem Laser geschmolzen: Das Bauteil wächst langsam in die Höhe. An jenen Orten, die der Laser nicht bestrahlt, kann das Polyamid später weggepustet werden. So entstehen auch bewegliche, schwenkbare Scharniere in einem kompakten Bauteil. Derzeit kann der Greifer Gegenstände bis zu einem halben Kilogramm Gewicht tragen.
WENIGER GEWICHT GIBT MEHR SICHERHEIt
Dass Arm und Greifer wenig wiegen, könnte sich auch noch anders bezahlt machen: Die Sicherheitsvorkehrungen müssen nicht so streng sein wie bei umher surrenden Stahlarmen. Kneifen die Kunststofffinger in eine Menschenhand, wirken kaum höhere Kräfte als bei einem Händedruck. „Ziel bei Leichtbauarmen ist ein Handhabungsverhältnis von 1 zu 1″, erklärt Hendrik Mütherich vom Fraunhofer IPA. Das bedeutet, dass ein zehn Kilogramm schwerer Roboterarm auch eine Last von zehn Kilogramm tragen und manövrieren kann. Bislang sind Industrieroboter für Lasten von beispielsweise 200 Kilogramm rund zwei Tonnen schwer. Durch leichtere Bauweisen sind bessere Taktzeiten möglich. Das hat einen doppelten Effekt: Die Roboterarme können so schneller beschleunigen, verbrauchen aber gleichzeitig weniger Energie, da eine geringere Masse bewegt werden muss. „Reduzierter Energieverbrauch ist ein sehr wichtiger Punkt”, kommentiert Mütherich. Schließlich arbeiten viele Industrieroboter im 7/24-Stunden-Regime – bis auf die Wartungszeiten also an allen Wochentagen rund um die Uhr.
„Pneumatische und elektrische Antriebstechnik von Festo steht für Innovation in der Industrie- und Prozessautomatisierung” – so heißt es auf der Unternehmens-Homepage im Internet. Damit Innovationen wie Tripod und Fin-Gripper ihren Markt finden, investiert die Firma einen beträchtlichen Teil ihres Umsatzes in Forschung und Entwicklung (F&E). 2007 flossen 7,5 Prozent des Umsatzes von 1,7 Milliarden Euro in F&E. Damit rangiert Festo weit über dem Branchendurchschnitt forschender Maschinenbau-Unternehmen, der laut der Wissenschaftsstatistik des Stifterverbandes im selben Jahr bei 3,9 Prozent lag.
Bezogen auf alle Maschinenbauer – also auch auf solche, die gar nichts für Forschung und Entwicklung ausweisen – liegt die F&E-Quote des deutschen Maschinenbaus sogar nur bei knapp 2,3 Prozent (siehe Grafik links). „Je höher die Quote ist, desto mehr Hightech-Charakter hat eine Branche”, heißt es oft in Studien, die sich mit Industriestrukturen befassen. So kommt die forschende Rundfunk-, Fernseh- und Nachrichtentechnik auf eine F&E-Quote von 9,1 Prozent, die Pharmazeutische Industrie auf 11,2 Prozent und der Luft- und Raumfahrzeugbau auf 13,7 Prozent.
Ist der Maschinenbau in Deutschland damit eine Branche mit Lowtech-Charakter? „Nein”, urteilt Engelbert Westkämper. „Noch haben wir in den Kernbereichen des Maschinenbaus alle Technologien, die für zukünftige Produktionen und Systemlösungen gebraucht werden.” Der Stuttgarter Professor für Produktionstechnik und Fabrikbetrieb und Leiter vom Fraunhofer IPA wird noch deutlicher: „Es gibt keine Region in der Welt, die diese Bandbreite an Technologien hat.” Die Diskrepanz zwischen dieser Aussage und der statistisch erfassten F&E-Quote erklärt Westkämper so: „Die F&E-Ausgaben der Unternehmen des Maschinenbaus sind nur schwer zu quantifizieren, da sie häufig in der Entwicklung kundenspezifischer Lösungen verborgen sind und in den Bilanzen oft nicht separat ausgewiesen werden.” Der Maschinenbau sei gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Innovation, die auf einer permanenten Optimierung fuße. „ Maschinenbau ist ein Hightech-Sektor der deutschen Wirtschaft, trotz der vergleichsweise niedrigen F&E- Aufwendungen.”
ULTRAMODERN KAM NICHT AN
Die auch Branchenfremden sofort einleuchtenden Produktverbesserungen durch Tripod und Fin-Gripper sind symptomatisch für das, was der Maschinenbaubranche hierzulande oft besser als vielen Konkurrenten rund um den Globus gelingt: Produkte so zu verbessern, dass der Kunde über deren gesamten Lebenszyklus deutlich Kosten spart – indem er durch sie beispielsweise seinen Energieverbrauch dauerhaft senkt.
Aus Fehlern der Vergangenheit hat die Branche gelernt: Als die deutschen Unternehmen Anfang der 1990er-Jahre in breitem Umfang ultramoderne und technologisch aufgerüstete, teure Maschinen anboten, blieben sie auf ihren Produkten immer wieder sitzen. „ Overengineered lautete das verbreitete Urteil der Kunden, die solche Lösungen nicht bezahlen wollten”, weiß Steffen Kinkel, Leiter des Centers „Industrie- und Serviceinnovationen” beim Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.
Die Folge war ein Niedergang, aus der sich die Maschinenbauer in der Zwischenzeit aber gut erholen konnten. Mit kostengünstigeren Lösungen eroberte die Branche verloren gegangenes Territorium zurück: Die Innovationsstärke – basierend auf der guten Ausbildung auf allen Mitarbeiterebenen, verbunden mit der hervorragenden Vernetzung vieler Unternehmen mit Partnern in Industrie und Forschung – sorgte bis 2008 für ein langjähriges Dauerhoch bei den Auftragseingängen. Mit dazu beigetragen hat auch ein kundenspezifisches Dienstleistungsbewusstsein. Störungen an den ausgelieferten Maschinen wurden durch gut geschulte Serviceteams sofort behoben und das Produktionsverhalten der Maschinen durch Software-Updates kontinuierlich verbessert.
PRODUKTIONSPROGNOSE: NULL PROZENT
Die im Gefolge des Lehman-Zusammenbruchs ausgelöste Weltfinanzkrise setzte dem Maschinenbau aber gewaltig zu. Der produzierenden Industrie gingen die Mittel aus, und Neuinvestitionen in Maschinen wurden vertagt. Absatzrückgänge von 40 und mehr Prozent gegenüber dem Vorjahr waren keine Seltenheit. Über die gesamte Branche betrachtet, ging 2009 der Umsatz um 23 Prozent auf 160 Milliarden Euro zurück. Die rund 20 000 Unternehmen bauten 34 000 Stellen ab und beschäftigten Ende 2009 noch 920 000 Mitarbeiter. Das Tal ist offenbar noch nicht durchschritten: „Unsere Produktionsprognose 2010 lautet unverändert Null Prozent Wachstum”, erklärte Manfred Wittenstein, Präsident des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) Mitte Februar in Frankfurt.
Allen gegenwärtigen Problemen zum Trotz: Engelbert Westkämper, einer der führenden Wissenschaftler in der weltweiten Produktionstechnik, ist zuversichtlich: „Der deutsche Maschinenbau profitiert zu einem großen Teil von der vergleichsweise guten Ausbildung seiner Mitarbeiter – sowohl in den Produktionsbereichen als auch bei Ingenieuren. Mit unseren Fähigkeiten wird es möglich sein, Produktion und Wertschöpfung im Land zu halten und auszuweiten.” Steffen Kinkel, Innovations-Experte beim Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe blickt ebenfalls hoffnungsvoll auf die Perspektiven: „Selbst China rüstet die eigenen Fabriken mit deutscher Technologie aus.” ■
