Automatisierung

Wenn der Roboter mit dem Rollenritzel

Genaues Positionieren. Zur Optimierung der Roboterbewegungen wurde bei Mesh eine Roboter-Transferanlage im mittleren Tragfähigkeitsbereich mit einem Rollenritzel-Zahnstangensystem von Nexen ausgestattet.

Roboter-Transfereinheit von Mesh für Roboter im mittleren Tragfähigkeitsbereich. © Nexen

Das US-amerikanische Unternehmen Mesh mit Sitz in Dawsonville im Bundesstaat Georgia stellt kundenspezifische Automatisierungslösungen her, umgesetzt werden Projekte sämtlicher Größenordnungen in den Bereichen Roboter-Fertigungszellen, optische Inspektionssysteme und Systemintegrationen. Das Rückgrat der eigenen Systeme bildet ein Standardsortiment vorkonstruierter Module. Für den Transport von Rohmaterialien oder Fertigprodukten bei Fertigungsprozessen setzt Mesh Roboter und bewegungsgesteuerte Linearsysteme ein. Die Anlagen werden häufig in schmutzbelasteten Umgebungen verwendet, wie sie bei Herstellprozessen wie Schweißen und Schleifen sowie bei der Endbearbeitung vorkommen.

Zu den Projekten gehört auch die Realisierung eines Automatisierungssystems zum Verschweißen von Schweißbolzen mit einer Blechtüre. Herausforderungen waren hierbei insbesondere die Bildung von Schweißnähten mit hoher Zugfestigkeit, das Verhindern von rückseitigen Fehlstellen auf der Tür und die Beibehaltung der Produktionsgeschwindigkeit bei der positionsgenauen Teilebestückung.

Bei der Anlage sorgen sechs Schweißpistolen für die zugfesten Schweißnähte. Spezielles Material wurde ausgewählt, um Fehlstellen auf der Rückseite zu verhindern. Um Produktionsgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit sicherzustellen, verzichteten die Konstrukteure bei dieser Anlagenart auf ein Sechs-Achs-Modell und entschieden sich stattdessen für den Einsatz eines kartesischen Roboters. Die erreichbare Geschwindigkeit des Roboters liegt bei 1,25 Meter pro Sekunde, die hierbei eingehaltene Positioniergenauigkeit bei etwa plus/minus 0,075 Millimeter. Die Anlage hat einen großen Arbeitsbereich von 1,2 mal 2,4 Meter und ist für den Dauerbetrieb in Schweißumgebungen geeignet. Zu den weiteren Systemmerkmalen gehören eine Montageplatte, Linearführungen, pneumatische Stellantriebe, ein Leuchtring und eine Kamera für die Montageendkontrolle.

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Rollenritzel-Zahnstangensystem RPS von Nexen in verschiedenen Ausführungen. © Nexen

Bei der Konstruktion des Systems ging es insbesondere um die Frage, wie sich die Bewegung des Roboters innerhalb des Arbeitsbereichs am besten bewerkstelligen lässt. Die Ingenieure von Mesh prüften eine Reihe von Ritzel-Zahnstangen- und Kugelumlaufspindel-Systemen, bevor sie sich an ihren örtlich ansässigen Spezialisten für Bewegungssteuerung wandten, Mahx F. Linster (MFL). Um die Roboterbewegung zu optimieren, empfahl MFL den Einsatz des Rollenritzel-Zahnstangensystems RPS von Nexen in Verbindung mit Servomotor-Getriebeeinheiten.

Bald nach diesem Projekt entwickelte Mesh zwei modulare Automatisierungszellen (MAC). MAC-Zellen sind entweder mit einem kartesischen Roboter (RPS mit Servoantrieb) oder einem Sechs-Achs-Roboter sowie mit einer manuellen, halbautomatischen oder automatischen Teilehandhabung ausgestattet. Die Rahmenbauweise ermöglicht eine einfache Montage und Neupositionierung. Zu den weiteren Merkmalen gehören die eingebaute LED-Beleuchtung, eine Lagermöglichkeit für im Prozess benötigte Werkzeuge und Hilfsmittel sowie eine pneumatische Vorbereitungsstation.

Die MiniMAC-Modelle haben einen kleinen kartesischen Roboter, der auf einem 0,5 oder alternativ 0,7 Quadratmeter großen Arbeitstisch und -gestell betrieben wird. Diese kompakten halbautomatischen Maschinen eignen sich für Anwendungen mit niedrigem Durchsatz. Beide Serien sind für anspruchsvolle Anwendungen für unterschiedliche Arbeitsprozesse wie Montieren, Schweißen, Dosieren, Fräsen, Bearbeiten, Schneiden und Überprüfen ausgelegt.

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ritzel-Zahnstangensystem hat das RPS ein Ritzel aus zehn oder zwölf nadelgelagerten Rollen, die in das Zahnstangenprofil eingreifen. Die abgedichteten und geschmierten Rollen bewegen sich problemlos über das Profil und bieten Spielfreiheit sowie 99-prozentige Effizienz bei der Umwandlung der Drehbewegung in eine Linearbewegung. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei etwa elf Meter pro Sekunde, die Genauigkeit bei plus/minus 0,03 Millimeter. Das Zahnprofil wird bei Montage mit einem hochperformanten Leichtfett geschmiert und muss alle sechs Monate oder nach zwei Millionen Ritzelumdrehungen nachgeschmiert werden.

„Die Abteilung Anwendungstechnik von Nexen war äußerst professionell und flexibel und bot verschiedene Lösungen an, bei Bedarf sogar auch Sonderanfertigungen“, sagt Mitch Larson, Geschäftsführer von Mesh Automation. „Wichtig waren uns zudem wettbewerbsfähige kommerzielle Anforderungen und die Langzeitverfügbarkeit der Komponenten.“

Mesh konnte seinen Kunden die Transfereinheit für Roboter im mittleren Tragfähigkeitsbereich zu einem attraktiven und konkurrenzfähigen Preis anbieten. Für den Großteil der Anwendungen wurde das Rollenritzel-Zahnstangensystem RPS 25 ausgewählt. Dank der Produktlinie und der Konstruktionsoptionen von Nexen können die Roboter-Transfereinheiten problemlos höher ausgelegt werden. Das System kann auch für Längen bis zu zwölf Meter ausgelegt werden. Es kann Robotermotoren von allen Herstellern aufnehmen und hat konfigurierbare Optionen wie Streckenabdeckungen, Selbstschmierung, systemintegrierte kontinuierliche Neubestückung, Schweißstromversorgungseinheit und Pufferspeicher für halbfertige Erzeugnisse. as

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