Mensch-Roboter-Kollaboration

Ein perfektes Klebe-Doppel

Dürr entwickelt für die Automobilindustrie Anlagen für automatisierte Klebeprozesse. Zwei sensitive Leichtbauroboter LBR iiwa von Kuka arbeiten dabei Hand in Hand mit den Werkern.

Als Lieferant schlüsselfertiger Anlagen für das automatisierte Kleben entwickelt Dürr für die Automobilindustrie Roboterzellen mit sensitiven Leichtbaurobotern von Kuka. (Bild: Kuka)

Dürr ist ein weltweit führender Maschinen- und Anlagenbauer mit Stammsitz im baden-württembergischen Bietigheim-Bissingen. Als Lieferant schlüsselfertiger Anlagen für automatisierte Klebeprozesse entwickelt das Unternehmen für die Automobilindustrie Roboterzellen mit Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Mensch und Roboter arbeiten dabei in der Endmontage ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammen. Sowohl zum Kleben von Finnen als auch zum Einkleben von Tanks in die Karosserie kommen sensitive LBR-iiwa-Leichtbauroboter von Kuka zum Einsatz. Sie erhöhen die Qualität des Klebeergebnisses, sparen Zeit und senken die Stückkosten.

Beim Einkleben des Tanks in der Endmontage führt der Facharbeiter den Tank mit Hilfe eines Manipulators an einen Drehtisch, reinigt ihn, bringt ihn in die richtige Position und übergibt ihn zur weiteren Bearbeitung an den LBR iiwa. (Bild: Kuka)

Beim Kleben der Finne legt der Werker das Werkstück manuell in den Greifer des Roboters, der es ansaugt und zur Klebedüse am Applikationsturm führt. Der LBR iiwa fährt die Finne von unten langsam an die Klebedüse heran. „Sollte er dabei auf ein Hindernis stoßen, fährt er dank seiner Fähigkeit zur Kollisionserkennung ein wenig zurück und startet die Bewegung von vorne“, erklärt Dieter Ahlborn, Director APT/Gluing Final Assembly bei Dürr. Erst nach drei Versuchen fährt er in die Ausgangsposition zurück. Ansonsten wird der Klebeprozess gestartet und die Kleberaupe sorgfältig aufgetragen, während der Roboter die Bahn abfährt. Anschließend entnimmt der Werker die Finne wieder am Ausgangspunk und verbaut sie am Fahrzeug.

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Einpassen des Tanks in die Karosserie

Für das automatisierte Tankeinkleben mit dem LBR iiwa sieht das Anlagenkonzept wie folgt aus: In der Endmontage führt der Facharbeiter den Tank mit Hilfe eines Manipulators an einen Drehtisch, reinigt ihn, bringt ihn in die richtige Position und übergibt ihn zur weiteren Bearbeitung an den Roboter. Damit die Klebedüse nicht eintrocknet, befindet sich die Applikationsdüsein einem Sperrmittelbehälter. Nach einem Signal fährt der Roboter aus dem Behälter in die Grundposition. Dort fließt Klebstoff in einen Auffangbehälter und die Klebedüse wird manuell gereinigt. Wenn der Startpunkt am stationären Tank erreicht ist, öffnet die Düse unter Druck, damit keine Luftblasen entstehen. Der Roboter trägt dann die Klebenaht gleichmäßig auf den Tank auf und überwacht mittels Sensoren am Applikationskopf die passgenaue Höhe der Naht.

Beim Kleben der Finne legt der Werker das Werkstück manuell in den Greifer des LBR iiwa, der es ansaugt und zur Klebedüse am Applikationsturm führt. (Bild: Kuka)

„Zwar ist eine Kleberaupe per Handauftrag machbar, doch an die Präzision eines Roboters reicht das Ergebnis nicht heran“, so Ahlborn. Eine roboterbasierte Lösung kann – im Gegensatz zu einem Linearportal – die dreidimensionale Komplexität der Raupengeometrie abbilden. Ein MRK-fähiger Roboter wie der LBR iiwa klebt aufgrund seiner siebten, mitdrehenden Achse ohne Umorientierung in einem Radius von 360 Grad – ohne absetzen zu müssen. Wenn er seine Arbeit beendet hat, tritt wieder der Facharbeiter in den Mittelpunkt, indem er den Tank an der vorgegebenen Position in die Fahrzeugkarosserie einpasst. Dieser komplexe Vorgang erfordert die individuellen Fähigkeiten des Menschen. Der Manipulator unterstützt ihn bei ergonomisch ungünstigen Bewegungsabläufen.

Hohe Sicherheitsanforderungen an MRK-Lösungen

Obwohl Zäune und Einhausungen bei beiden Klebeprozessen fehlen, sind die Sicherheitsanforderungen hoch. Dazu wird der Roboter so platziert, dass der direkte Kontakt mit dem Menschen möglichst minimiert wird. Zudem muss der Roboter innerhalb von Millisekunden abschalten, sobald eine Berührung registriert wird. Das Konzept für die Klebezellen ist so ausgelegt, dass der Roboter grundsätzlich unterhalb des Kopf- und Brustbereichs des Werkers agiert. Die Applikationstechnik, bestehend aus dem Leichtgewicht-Applikator und dem Leichtbauroboter, ist großflächig, weich und abgerundet gestaltet, so dass bei der Berührung des Roboters nur geringe Kräfte entstehen.

MRK-Systeme sind ein beherrschendes Thema in der Automobilindustrie. „Im Bereich Kleben sind bereits zehn Anlagen verkauft“, so Ahlborn. Die erste Anlage mit der Tank-Applikation habe der erste Kunde im März 2016 in Betrieb genommen. Bei Dürr schaut man daher optimistisch in die Zukunft. „Mit unseren MRK-fähigen Lösungen mit dem LBR iiwa von Kuka hoffen wir auf weitere Aufträge“, so Ahlborn. Zudem arbeitet man in Bietigheim-Bissingen an MRK-Lösungen zum roboterbasierten Kleben von kleinen Scheiben und anderen Bauteilen. as

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