Energiezuführungssysteme

Wenn Kabel zur Last werden

Energiezuführung für Roboterwerkzeuge. Knapp eine Minute benötigen Industrieroboter, um eine Tür für den BMW X1 zu bauen. Das sollen sie sieben Jahre lang schadenfrei leisten – Schwerstarbeit für die Energiezuführungssysteme der Roboterwerkzeuge. Die Helukabel-Tochter Robotec Systems hat hierfür erstmals Lastdaten ermittelt.

Manfred Scheuerer, BMW: „Wir haben die Werkzeugköpfe der Roboter mit Energiezuführungssystemen von Robotec Systems ausgerüstet. Für uns ist es wichtig, dass diese in der Anlage sieben Jahre lang störungsfrei laufen.“ (Foto: Helukabel)

Im bayerischen Elsendorf entsteht eine moderne Anlage zur Fertigung der Türen für den neuen BMW X1. BMW plant die Anlage, wählt die Lieferanten aus und baut die Anlage auf. Wenn alles läuft, erfolgt die Übergabe an den Eigentümer – den Zulieferer Magna, informiert Manfred Scheuerer, der bei BMW für die Fertigungsplanung verantwortlich ist: „Über dieses sogenannte Drittkundengeschäft setzen wir weltweit Produktions- und Qualitätsstandards.“ Die Türenproduktion ist weitgehend Sache der Roboter. 76 Großserienroboter sind aufgeteilt auf vier Anlagen zur Produktion der zwei Vorder- und Rücktüren. Hier werden im Dreischichtbetrieb rund 700.000 Türen im Jahr aus den von Magna in Graz gefertigten Blechteilen mit Punktschweißzange und Klebepistole zusammengebaut. Sieben Jahre lang soll die Anlage störungsfrei laufen.

Eine Million Torsionszyklen sind zu überstehen
Die Roboter benötigen ein Versorgungssystem: Strom, Kühlwasser, Daten und Klebemittel müssen via Kabel oder Schlauch an den Werkzeugkopf geführt werden. Neben den standardisierten technischen Spezifikationen der Kabel und Schläuche für die jeweiligen Werkzeuge definiert BMW auch qualitative Anforderungen. Die Belastung der Kabel- und Schlauchpakete ist von den Bewegungsradien der Roboterarme abhängig. Bei Schweißrobotern lässt es sich nicht verhindern, dass der Abbrand zwischen Kabel und Schläuche gelangt und dort bei allen Bewegungen wie Schmirgelpapier wirkt. Das erhöht den Verschleiß zusätzlich und kann die Lebenszeit verkürzen. In der internen BMW-Qualitätskontrolle müssen alle Produkte eine Million Torsionszyklen überstehen. Hier sind Kabel von Helukabel gefragt: Das Tochterunternehmen Robotec Systems hat sich auf die Adaption von Kabeln, Leitungen und Schläuchen zur Versorgung von Applikationswerkzeugen an Industrierobotern spezialisiert.

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Ausgehend von der Jahresproduktion und der Taktzeit werden die Leistungsdaten für jeden einzelnen Roboter berechnet – hierzu sind Simulationsdaten für alle Teile, die der Roboter bewegen muss, erforderlich. Die Last addiert sich aus allen Teilen, die der Roboter in der vorgegebenen Taktzeit bewegen muss – also Werkzeug, Handlingseinheit, Werkstück und Energiezuführungssystem. Letzteres besteht aus zwei Komponenten: Zum sogenannten „Support“ zählen erstens die Teile, welche die Schnittstelle zu den jeweiligen Industrierobotern bilden. Sie bestehen meist aus Metall und Kunststoff. Wichtigste Baugruppe des Supports ist das Rückführsystem, welches für das enge Anliegen der zweiten Komponente, dem Energiepaket, an den Roboter sorgt. Dadurch werden unkontrollierte Störkonturen verhindert, die zum Crash oder Stillstand einer Fertigungsanlage führen können. Das Energiepaket besteht aus einem leistungsfähigen Wellrohr mit etwa 70 Millimeter Durchmesser. In dem Rohr befinden sich konfektionierte Kabel, Leitungen und Schläuche.

Wie verhalten sich biegeschlaffe Elemente?
Die Simulationsdaten basieren unter anderem auf den CAD-Daten der Konstruktion und einem kinematisierten Robotermodell. Sie geben Auskunft über Gewichtsdaten und die exakte Lage des Schwerpunkts. Sie offerieren ein genaues Abbild des kompletten Systems, bestehend aus Support und Energiepaket. Die Helukabel-Tochter Robotec Systems hat nun erstmals Lastdaten ermittelt – was eine Herausforderungen war. Denn bislang war das Verhalten eines biegeschlaffen Elementes nicht exakt simulierbar – ähnlich verhalten sich Energiepakete. Aus einem Mix aus Engineering am CAD und empirischen Versuchen gelang es jedoch, den Schwerpunkt der Masse zu ermitteln und wie sich das Gewicht während der Bewegung des Roboters verhält und verteilt. Immerhin kommen mit Kabeln und Schläuchen, die wie ein Rucksack auf dem Roboterarm sitzen, gut 40 Kilogramm Marschgepäck zusammen. Die Roboterachsen eins bis drei verhalten sich eher statisch, die Achsen drei bis sechs eher dynamisch – für letztere geben die Lastdaten Auskunft über die Roboterperformance; mit ihnen lässt sich ermitteln, wie schnell sich seine Achsen bewegen und welche Last sie tragen können.

Die Energiepakete für die Anwendungen Handling und Punktschweißen bestehen oft aus Primärkabeln wie mehradrige Steuerkabel, Motor-und Resolverkabel, Datenkabel beispielsweise für Profinet, Kupferkabel, Lichtwellenleiter, Erdungsleitungen und Schläuche für die Versorgung des Werkzeugs. Hinzu kommen weitere Medienarten – Hydraulikleitungen, spezielle Hybridkabel oder Verbrauchsmedien wie Nieten oder Schweißbolzen. Robotec Systems kann heute dank des BMW-Projektes für alle Systeme Last- und 3D-Simulationsdaten bereitstellen. pb

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