Energieketten machen Nietroboter beweglich wie einen Akrobaten

Bewegungskünstler im Flugzeugbau

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Beim Nieten von Flugzeugrümpfen drehen sich Roboter tausendfach über mehrere Achsen. Damit die Daten-, Pneumatik- und Energieleitungen die Akrobatik überstehen, setzt der Anlagenbauer Loxin 2002 auf Energieketten aus Hochleistungskunststoff des Motion-Plastics-Spezialisten Igus.

Auf dem Flug in den Sommerurlaub denken Passagiere an Vieles, an Entspannung oder den Strand. Doch die wenigsten denken an Nieten, welche die Rumpfteile des Flugzeugs sicher zusammenhalten. Diese Nieten werden oft in wochenlanger Arbeit von Fachkräften in die Metallrümpfe eingeschlagen, denn eine Automatisierung der mühsamen Tätigkeit war lange schwierig. Die eingesetzten Roboter müssen nicht nur Bewegungskünstler sein, um jeden Punkt eines Rumpfes zu erreichen, sondern sie müssen auch mehrere Arbeitsschritte meistern – vom Bohren, über das Fräsen bis zum Nieten, mit einer Präzision von 0,2 mm.

Loxin ist es gelungen, das Nieten mit dem Roboter zu automatisieren. Die Mehrachsroboter des spanischen Anlagenbauers stehen bei einem großen Flugzeugbauer in der Fertigung – links und rechts neben dem aufgebockten Flugzeugrumpf. Die Roboter sind auf Plattformen montiert, die sich über Lineareinheiten in mehrere Meter Höhe fahren lassen – ähnlich wie ein Gabelstapler. In der richtigen Höhe angekommen, bewegt sich der Roboter über seine sechs Achsen millimetergenau zum Arbeitspunkt. Er bohrt ein Loch ins Metall, fräst eine Senke für den Nietkopf, saugt den Staub ab, trägt ein Dichtmittel auf und setzt die Niete.

Leitungen müssen dem Tanz der Roboter standhalten

Winkel und Durchmesser müssen die Roboter beim Bohren, Fräsen und Nieten dabei in Abhängigkeit vom Rumpfabschnitt ständig variieren. Doch dieses flexible Multitasking war nicht die einzige Hürde, die Loxin während der Entwicklung meistern musste. Die Ingenieure mussten die Roboter auch als wahre Bewegungskünstler konzipieren. Entsprechend kompliziert war auch das Thema Energieführung. Die Werkzeuge am Endeffektor der Roboter sind mit zahlreichen Energie-, Pneumatik- und Datenleitungen verbunden. Und diese Leitungen müssen den Verrenkungen des Arms auch in hohem Tempo perfekt folgen – ohne aneinander zu reiben oder gegen die empfindliche Oberfläche des Rumpfes zu schlagen.

Auf der Suche nach einer zuverlässigen Energieführung hat Loxin Systeme mehrerer Hersteller verglichen. „Wir fanden jedoch lange Zeit keine widerstandsfähige und vertrauenswürdige Lösung“, erinnert sich Unai Martínez, leitender Ingenieur bei Loxin. „Die Anzahl der Leitungen und das Gewicht waren ein Problem.“

Loxin hatte beispielsweise mit Wellrohren experimentiert. Durch die schnelle Abnutzung durch Reibung sind sie allerdings an vielen Stellen gebrochen. Im Alltag hätte das Materialversagen den Austausch des gesamten Rohres bedeutet, inklusive der Demontage der Leitungen an den Köpfen. Dies hätte schlimmstenfalls zu mehreren Tagen Stillstand geführt.

3D-Leitungsführungen sorgen für Bewegungsfreiheit

Fündig wurde Loxin schließlich beim Motion-Plastics-Spezialisten Igus aus Köln, der seit Jahrzehnten Leitungsführungen entwickelt. Zum Sortiment zählt unter anderem die Triflex-Serie. Das sind schlauchähnliche Energieketten aus verschleißfestem Hochleistungskunststoff, welche selbst den wildesten dreidimensionalen Bewegungen von Industrierobotern folgen. Im Inneren liegen die Leitungen für Daten, Pneumatik und Energieversorgung – sicher fixiert und geschützt vor Verschleiß. „Die Leitungen sind geschützt vor mechanischem Stress durch Zuglast, Verdrehungen und Ausdehnung. Dieser Schutz ist besonders dann wichtig, wenn die Roboterköpfe ihre Maximalposition einnehmen“, erklärt Unai Martínez.

Damit die Triflex-Energieketten, die rechts und links am Arm montiert sind, sich möglichst dicht am Arm bewegen und nicht gegen das Flugzeug schlagen, nutzt Loxin das Rückzugssystem Triflex RSE. Gelangt der Roboterarm nach einer Bewegung in seine Ausgangsposition, zieht das mechanische System die Kette zurück – für die sichere Führung sorgen runde Halterungen, die am Arm montiert sind. Somit hat der Roboterarm volle Bewegungsfreiheit, ohne dass Teile der Kette aneinander reiben oder sich Schlaufen bilden.

„Die Energiekette von Igus hat im Vergleich zum Wellrohr zudem ein viel besseres Verhalten in Bezug auf Reibung und wird deshalb auch nicht brechen und einen Stillstand verursachen“, so Unai Martínez. Und sollte doch mal ein Kettenglied das Ende der Lebensdauer erreichen, lässt es sich mit wenigen Handgriffen austauschen. Durch den Einsatz der Triflex Ketten im Zusammenspiel mit dem Rückzugssystem Triflex RSE konnte bei Loxin außerdem eine bessere Beweglichkeit der Roboter erreicht werden, die ihre Arbeitsschritte nun noch einfacher rund um den Flugzeugrumpf erledigen können, was wertvolle Montagezeit spart.

Energiekette für kreisförmige Bewegungen von 540°

Am Roboterarm kommt noch ein weiteres Produkt von Igus zum Einsatz: Die Twisterchain, eine Energiekette, welche die Leitungen vom Fuß des Roboterarms bis zur ersten Achse schützt. Die Kette bewegt sich in einer Führungsrinne. Dreht sich der Roboterarm, faltet sich die Kette, indem sich der Obertrum der Kette auf den Untertrum legt. Die Kette ermöglicht auf diese Weise eine kreisförmige Bewegung von bis zu 540° – bei Geschwindigkeiten von bis zu 1 m/s. Da sie ebenfalls aus Hochleistungskunststoffen besteht, ist sie sehr verschleißfest. Tests im Kölner Testlabor haben bewiesen: Die Lebensdauer der Energiekette liegt bei über einer Million Zyklen.

„Wir sind mit der Lösung sehr zufrieden, da unsere Anlagen nun weniger Stillstandzeiten haben“, resümiert Unai Martínez von Loxin. Auch bei Igus ist man froh über diese außergewöhnliche Referenz – für die herausfordernde Lösung der Energieführung wurde Loxin mit dem Vector Award 2018 ausgezeichnet.

Igus GmbH

www.igus.de; EMO Halle 8, Stand E01


Rückzugsystem für Energieketten sorgt für ein ausfallsicheres Arbeiten

Sichere Führung der Leitung am Roboter

Schweißen, Nieten, Löten: Industrieroboter müssen in der Produktion dynamisch arbeiten. Dreidimensionale Triflex Energieketten mit Low-Cost Rückzugsystem TR.RSEL von Igus sorgen dabei für eine sichere Führung von Leitungen und Schläuchen.

Hohe Rotationen und viele schnelle Bewegungen: In der Automobilmontage sind Industrieroboter ganz schön gefordert. Die Triflex R E-ketten von Igus spielen hier besonders ihre Vorteile aus, denn sie sind speziell für die Industrierobotik konzipiert und passen sich den dreidimensionalen Bewegungen der Roboter an. Damit können die Leitungen für Daten, Pneumatik und Energieversorgung sicher am Roboter geführt werden

Allerdings gilt es oft nicht nur elektrische und pneumatische Leitungen zu führen, sondern beispielsweise auch Schläuche für Bolzen, Nieten und Schrauben. Da diese Schläuche sich nicht mit engen Biegeradien vertragen, ist ein Rückzugsystem für die Energieführung am Roboter gefordert. Denn wenn die Energieketten im Arbeitsbereich des Roboters Schlaufen bilden, kann dies zu Schäden der Leitungen und Schläuche sowie zu einem Maschinenausfall führen.

Daher hat igus das Low-Cost Rückzugsystem TR.RSEL entwickelt. Dieses sorgt dafür, dass die Energiekette möglichst kompakt am Roboterarm gehalten wird und verhindert, dass die herabhängende Energieführung die Bewegungen des Roboters beeinflusst oder blockiert, selbst bei hochdynamischen Anwendungen. Durch seine Standardabmessung und sein sehr kompaktes Design kann das neue Rückzugsystem TR.RSEL direkt bei allen gängigen Robotertypen auf die 3. Achse montiert werden.

So lassen sich alle bestehenden triflex R Serien wie TRC, TRE und TRCF schnell und einfach umrüsten. Der Festpunkt der Energiekette ist durch das neue System frei wählbar. Ein weiterer Vorteil: durch den Einsatz des linearen Rückzugsystems spart der Anwender zusätzlich Leitungslänge und damit verbundene Kosten, da keine Umlenkung erforderlich ist.

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