Energieführungen von Igus machen Roboter beweglich

Packt auch schwere Leitungspakete

CFK-Montage: Sicheres und flexibles Führen von Energieketten am Sech-Achs-Roboter mit neuem pneumatischem Rückzugsystem.
Für Mehrachs-Roboteranwendungen. Beim "RSP" (Rückzugsystem Pneumatik) wird die Kraft über einen Pneumatikzylinder erzeugt. Selbst bei schwerstem Kabelgewicht ist in jeder Position ein Rückzug der mehrdimensional beweglichen Triflex R-Energiekette gewährleistet.

„Wir entwickeln und automatisieren maßgeschneiderte Montageabläufe, die kleb- und niettechnische Fügeprozesse sowie Bohren, Besäumen und Flächenfräsen umfassen können“, berichtet Dipl.-Ing. Sarah Ernst von der Fraunhofer-Projektgruppe Fügen und Montieren FFM im Großforschungszentrum CFK Nord in Stade, einem Außenstandort des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. „Bei uns werden integrierte Systemlösungen, Fertigungs- und Anlagenkonzepte erarbeitet, die sich im Maßstab 1:1 realisieren lassen.“ Dafür wird Platz gebraucht. Für die unterschiedlichen Aufgabenstellungen rund um faserverstärkte Kunststoffe (FVK) steht der Fraunhofer FFM seit gut zwei Jahren eine 4.000 Quadratmeter große Halle mit den Abmessungen 80 mal 50 Meter und einer Höhe von 24 Meter zur Verfügung.

Kunden kommen vor allem aus dem Flugzeugbau, aber auch der Automobilbranche und aus dem Bereich der erneuerbaren Energien. Gewichtsersparnis bei extremer Robustheit machen die High-tech-Leichtbaumaterialien in vielen Anwendungen alternativlos. Nachdem sich sowohl glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) als auch carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) in der Industrie etabliert haben, sind künftig hohe Steigerungsraten bei ihrem Einsatz zu erwarten. Dies erfordert eine stetige Weiterentwicklung und zunehmende Automatisierung der Produktionsprozesse.

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Anspruchsvolle Montageprozesse

Wir verfügen über langjährige Erfahrungen im Bereich des klebtechnischen Fügens und bieten teil- und vollautomatisierte Prozesse an, mit denen eine hohe Sicherheit und Langzeitbeständigkeit der Klebverbindungen erreicht werden¿, so Sarah Ernst. "Auch die Kombination von Kleben und Nieten, wie es im Flugzeugbau heute noch Stand der Technik ist, gehört zu unserem Angebotsportfolio."

Eine automatisierte Montage von Großbauteilen mit den entsprechend geforderten niedrigen Fertigungstoleranzen ist mehr als anspruchsvoll. Die annähernd biegeschlaffen Bauteile werden automatisiert in Position und in die gewünschte Form gebracht. Danach werden in Umfangsrichtung beispielsweise im Flugzeugbau die notwendigen Versteifungen im Rumpf oder um die Tür- und Fensterstrukturen aufgebracht, das heißt: verklebt. Diese Prozesse erfolgen auf flexibel konfigurierbaren Anlagen unter Verwendung von Robotern, die sich auf Linearachsen an den Großbauteilen entlangbewegen können.

Ein solcher Industrieroboter mit einer Traglast von 240 Kilogramm und einer Reichweite von 3.100 Millimetern ist mit Energiezuführungen von Igus in Köln ausgerüstet. Auf der Achse eins beweist die universelle und besonders leise Energiekette aus der Serie E4.1 mit rückwärtigem Biegeradius ihre Leistungsfähigkeit. Für die Energie-, Daten- und Medienzuführung der Achsen zwei bis sechs wird die mehrdimensional bewegliche Energiekette Triflex R in geschlossener Ausführung (TRC) eingesetzt. Dieser in unzähligen Anwendungen bewährte Energieketten-Baukasten speziell für Roboteranwendungen umfasst rund 250 Komponenten, um Leitungen und Schläuche sicher um schwierige Geometrien zu führen.

Flexibilität beim Umrüsten

Auf der zugehörigen Montageanlage werden zurzeit Bauteile der Größenordnung vier mal vier Meter bearbeitet; acht-mal-acht-Meter-Bauteile sind in Planung. Mit der Hilfe des Roboters werden regelmäßig Versuchsreihen gefahren, die anschließend ausgewertet werden. Während der zahlreichen Auswertungen steht die Anlage still. Aus diesem Grund spielt die lange Lebensdauer oder hohe erreichbare Zyklenzahl der Energieketten eine untergeordnete Rolle. Sarah Ernst erläutert: "Uns kommt es auf Flexibilität beim Umrüsten an. Die sechste Achse ist mit einem Werkzeugwechselsystem für eine Plasma- und Dosieranlage sowie einem Messsystem und Greifer ausgestattet, die immer wieder schnell umgebaut werden müssen."

Aber das Anforderungsprofil geht noch weiter. Das Werkzeugwechselsystem benötigt zum einen viel Platz. Es müssen viele Steckerverbindungen untergebracht werden. Da die Bauteile zum anderen über der Achse liegen, muss der Roboter über Kopf arbeiten – das können nicht viele Energieketten realisieren. Außerdem soll er jederzeit seinen kompletten Arbeitsraum behalten, da in Zukunft voraussichtlich auch noch andere Anwendungen auf ihm gefahren werden.

Rückzugsystem für schwere Lasten

Um die schweren und umfangreichen Schlauch- und Leitungspakete sicher führen zu können, kommt eine Triflex R mit einem Durchmesser von 125 Millimeter zum Einsatz. Es handelt sich um das derzeit auf dem Markt erhältliche maximale Volumen für die Achsen drei bis sechs. "Wir planen, in absehbarer Zeit ein noch größeres System zur Verfügung zu stellen, da sich das Anforderungsprofil an den Befüllungsgrad branchenübergreifend ständig erhöht", gibt Jörg Ottersbach, Leiter Branchenmanagement Automotive & Robotics E-Kettensysteme, zu bedenken. "Dem wollen wir Rechnung tragen."

Der Clou dieser Mehrachs-Roboteranwendung ist allerdings das einstellbare Rückzugsystem „RSP“ zur sicheren Leitungsführung auch bei großen Armdurchmessern und sehr komplexen Bewegungen. Beim „RSP“ (Rückzugsystem Pneumatik) wird die Kraft über einen Pneumatikzylinder und nicht über eine Feder, wie bei den herkömmlichen Systemen, erzeugt. Über die Druckveränderung im Zylinder ist die Rückzugskraft einstellbar. Der Kraftverlauf bleibt immer konstant, das gewährleistet selbst bei schwersten Befüllungen mit Leitungen und Schläuchen in jeder Position einen sicheren Rückzug der Kette. Das „RSP“ kann durch kompakte Befestigungskonsolen auf den verschiedensten Robotermodellen schnell und einfach installiert werden. Die Systeme mit unterschiedlichen Auszugslängen, die zwischen 500 bis 1.000 Millimeter liegen können, benötigen nur wenig Platz und zeichnen sich durch ein geringes Gewicht aus. In dieser Anwendung liegt der Auszugsweg bei zirka 800 Millimeter.

Optional mit Überwachung

Zusätzlich nutzt die Fraunhofer FFM ein optional erhältliches Wegüberwachungssystem. Es ist für Roboter mit häufig wechselnden, alternierenden oder nicht hundertprozentig vorhersehbaren Programmabläufen geeignet. Besonders für durch Kamera oder Bilderfassungssysteme gesteuerte Roboter ist dieses Zubehör sinnvoll. Die Überwachung erfolgt per Verbindung mit der Robotersteuerung oder SPS. Sollten vorgegebene Toleranzwerte überschritten werden, gibt das Condition-Monitoring-System ein frühzeitiges Signal. Auch beim häufigen Umteachen beziehungsweise der generellen Programmierung bietet es zusätzliche Sicherheit.

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