Greifen mit Gefühl und Kraft

Die Automatisierung in der Lebensmittelindustrie steht vor einer besonderen Herausforderung: Produkte müssen in immer kürzeren Taktzeiten bewegt werden, ohne dabei Schaden zu nehmen. Während in anderen Branchen Highspeed-Handling längst Standard ist, stellen empfindliche Lebensmittel konventionelle Greiftechnologien vor große Probleme.

Besonders anspruchsvoll wird es, wenn mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden müssen: hohe Geschwindigkeit bei schweren Objekten, begrenzte Einbauräume an Deltarobotern, strikte Hygienevorgaben und die Notwendigkeit, unterschiedliche Produktformen zu handhaben. Mechanische Greifer können zwar präzise zugreifen, hinterlassen aber oft Druckstellen auf weichen Produkten. Saugnäpfe funktionieren nur bei glatten, luftdichten Oberflächen und eignen sich nicht für poröse oder unregelmäßig geformte Lebensmittel wie Backwaren oder Salat.

Die Folge: Viele Handhabungsprozesse in der Lebensmittelproduktion werden nach wie vor manuell durchgeführt – mit entsprechend hohen Personalkosten und eingeschränkter Skalierbarkeit. Der Druck auf Unternehmen wächst, diese Prozesse wirtschaftlich zu automatisieren und zugleich bei wechselnden Produkten, Formaten und Verpackungen flexibel zu bleiben.

Weiche Greifer als Lösungsansatz

Eine vielversprechende Alternative bieten weiche, pneumatische Greifer. Sie bestehen aus elastischen, luftgefüllten Kammern, die sich beim Aufblasen verformen und dabei Objekte umschließen. Durch Druckluft dehnen sich die Greiffinger aus und passen sich der Produktgeometrie an. Die nachgiebige Oberfläche schont empfindliche Lebensmittel, während die pneumatische Kraftübertragung eine präzise Dosierung der Greifkraft ermöglicht.

Der Vorteil liegt in der Anpassungsfähigkeit: Ein und derselbe Greifer kann unterschiedliche Produktformen handhaben. Die Flexibilität des Materials kompensiert Formabweichungen und Toleranzen, ohne dass aufwendige Sensorik oder Regelungstechnik erforderlich ist.

Allerdings stießen herkömmliche Balggreifer bei hohen Geschwindigkeiten, erhöhter Materialhärte und engem Bauraum bislang an physikalische Grenzen. Die Kraftübertragung war nicht optimal, die Materialbeanspruchung hoch und die erreichbaren Taktzeiten blieben hinter den Anforderungen der Praxis zurück.

Bosch und Schunk entwickeln Roboterhand

Humanoide Robotik rückt näher an die industrielle Praxis: Schunk und Bosch starten eine Entwicklungskooperation für eine Roboterhand, die in verschiedene humanoide Robotersysteme integriert werden soll.

Redaktion Automation NEXT

Kraftflussoptimierte Fingergeometrie als Durchbruch

Hier setzt SoftGripping an: Im Rahmen eines vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) geförderten Kooperationsprojekts mit einem Universitätsinstitut entwickelte das junge Unternehmen eine Fingergeometrie, die die Kraftverteilung im Balgfinger gezielt verbessert, selbst bei hoher Materialhärte und enger Einbausituation.

Die neue Geometrie basiert auf einer optimierten Gestaltung der Balgstruktur. Durch gezielte Anpassung von Wandstärken, Krümmungsradien und Faltengeometrie wird der Kraftfluss innerhalb des Fingers so gesteuert, dass die Greifkraft kontrolliert und flächig auf das Produkt übertragen wird. Damit lassen sich lokale Spannungsspitzen vermeiden, die zu Beschädigungen führen könnten, und gleichzeitig höhere Kräfte im zulässigen Deformationsbereich erzielen.

Das Ergebnis ist die sogenannte GorillaFinger-Serie: Balggreifer, die sowohl schwere, unregelmäßig geformte Objekte sicher handhaben als auch leichte, empfindliche Produkte in Highspeed-Anwendungen besonders schnell bewegen können. So lassen sich mit den neuen Greifern Sackwaren, beispielsweise Kartoffeln, mit einem Gewicht von bis zu vier Kilogramm und sogar Wassermelonen, die bis zu acht Kilogramm wiegen, handhaben. Möglich wird dies durch eine angepasste Geometrie, die höhere Traglasten erlaubt, ohne die Vorteile der leichten, pneumatischen Bauweise aufzugeben. Gleichzeitig können leichtere Produkte, etwa 500-Gramm-Filets, mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden. Die Betriebsdrücke bleiben dabei mit 0,2 bis 1,0 bar im gewohnt niedrigen Bereich, sodass die Systeme weiterhin energieeffizient und produktschonend arbeiten und die Anforderungen an die Druckluftversorgung überschaubar bleiben.

In der Praxis zeigt sich die Leistungsfähigkeit der Serie auch bei der Handhabung von Backwaren – von Brötchen über Baguettes bis zu verpackten Keksen. Die Greifer passen sich den unterschiedlichen Formaten an, ohne dass das Produkt gequetscht oder deformiert wird. Auch bei voluminöseren Produkten wie Salatköpfen, die pro Stück mit bis zu 800 Gramm deutlich schwerer sind, arbeiten die Greifer zuverlässig. Anwendungen, in denen empfindliche Produkte wie Mozzarella, Teiglinge oder Gemüse mit hoher Taktrate gehandhabt werden müssen, werden dadurch automatisierbar.

Ein weiteres wichtiges Ergebnis des Projekts ist ein Testsystem, mit dem SoftGripping die Greifer unter realistischen Produktionsbedingungen prüft. Es dient der Validierung der Greifkräfte sowie der Bewertung von Belastbarkeit, Präzision und Langlebigkeit. Die Messergebnisse flossen direkt in die Optimierung der Fingergeometrie ein und ermöglichten eine schrittweise Verbesserung des Designs.

Förderung als Innovationstreiber

Damit SoftGripping dieses Ergebnis erreichen konnte, brauchte es neben technischer Kompetenz auch die passende Förderstrategie. PFIF Partner für Innovation & Förderung sichtete die Ausgangslage und identifizierte das ZIM als geeigneten Rahmen. Die Entwicklung der kraftflussoptimierten Fingergeometrie wurde mit 247.500 Euro über zweieinhalb Jahre gefördert.

Die Begleitung durch PFIF umfasste die Ausarbeitung der Projektidee, die Erstellung der Antragsunterlagen, das Fristen- und Dokumentationsmanagement sowie die Unterstützung bei der Projektabwicklung. SoftGripping erhielt damit einen strukturierten Rahmen, um das Entwicklungsvorhaben von der Idee bis zur Umsetzung durchzuführen und Tests in realen Produktionsumgebungen vorzunehmen.

In einem gemeinsamen Gespräch zum erfolgreichen Projektabschluss zog Alexey Stepanyuk, Geschäftsführer von SoftGripping, ein positives Resümee: Die neue Geometrie erfülle die Anforderungen an Langlebigkeit und Belastbarkeit in Highspeed-Anwendungen und eröffne dem Unternehmen neue Einsatzmöglichkeiten in der Lebensmittelindustrie. Über die Markteinführung des neuen Produkts hinaus habe das Vorhaben einen weiteren Effekt gehabt – die Innovationsprozesse seien im Unternehmen nachhaltig professionalisiert worden.

Neue Marktsegmente erschlossen

Die verbesserte Greiftechnologie verschiebt die Einsatzgrenzen weicher, pneumatischer Greifer. Neben der Backwarenindustrie profitieren auch Hersteller von Convenience-Produkten, Fertiggerichten und verpackten Lebensmitteln. Überall dort, wo empfindliche oder verpackte Produkte schnell, reproduzierbar und hygienisch gehandhabt werden müssen, kann die kraftflussoptimierte Fingergeometrie ihre Stärken ausspielen.

Ein weiterer Vorteil der neuen Geometrie liegt in der Skalierbarkeit: Die Greifer lassen sich durch modulare Erweiterungen wie Abstandshalter oder Leitbleche an unterschiedliche Produktgrößen anpassen. Mit nur einem Greifersystem können Anwender verschiedene Produkte handhaben – von kleinen Keksen bis zu großen Salatköpfen. Das reduziert die Variantenvielfalt, vereinfacht die Ersatzteilhaltung und erhöht die Anlagenverfügbarkeit.

Die Entwicklung zeigt exemplarisch, wie technologische Innovation und strategische Förderberatung zusammenspielen können. Durch die Kombination aus gezielter Forschungs- und Entwicklungsarbeit, geeigneter Förderstrategie und praxisnaher Validierung konnte SoftGripping eine Lösung realisieren, die konkrete Anforderungen der Lebensmittelindustrie adressiert – und gleichzeitig neue Marktsegmente erschließt.