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DER KONSTRUKTEUR 6/2015

DER KONSTRUKTEUR 6/2015

KONSTRUKTIONSELEMENTE I

KONSTRUKTIONSELEMENTE I XXX Bewegte Leitungen Individuelle Kabellösungen für Roboterhersteller Sie zeichnen sich durch hohe Verfügbarkeit aus, sie sind auf engstem Raum und mit kleinsten Radien hoch beweglich, und natürlich halten sie auch rauen Umgebungsbedingungen Stand. Das sind wesentliche Merkmale industrieller Roboter, aus denen sich wiederum besondere Anforderungen an die hier eingesetzten Kabellösungen ergeben. Robotik ist die Königsdisziplin für Kabelhersteller. Auf Grund der extremen Rotations- und Biegewechselbewegungen von Robotersystemen müssen die eingesetzten Leitungen hochflexibel sein, einen sehr kleinen Biegeradius haben und hohen Torsionsbelastungen standhalten. Dazu kommt ein hoher Anspruch an die Qualität und Langlebigkeit der Komponenten, die diese Bewegungsabläufe millionenfach mitmachen müssen, ohne Schaden zu nehmen. Die Lapp Gruppe ist einer der wenigen Spezialisten für diese vielfältigen Anforderungen. Der Robotik-Spezialist im Unternehmen ist Lapp Muller in Grimaud an der Côte d’Azur. Dort fertigt das Unternehmen individuell auf Kundenanforderungen abgestimmte Verkabelungslösungen für Hightech-Roboter. Sonderleitungen für Roboter in der Automobilindustrie Zu den Kunden zählt seit 16 Jahren auch der italienische Roboter-Hersteller Comau. Die derzeit modernste Fertigungslösung von Comau heißt Open Robo Gate, das z. B. im Fiat-Werk in Melfi eingesetzt wird. Damit können bis zu sechs verschiedene Fahrzeugkarosserien in einem willkürlichen Mix gefertigt werden. Die Roboter produzieren jede Karosserie in weniger als einer Minute. Wegen der kurzen Taktzeiten, den hohen Beschleunigungen und den harten Bremsungen sind die mechanischen Belastungen an die Kabel extrem hoch. Hinzu kommt, dass bei diesen Fertigungsrobotern alle Kabel im Inneren der Roboterarme liegen. Der Grund: In der Fertigungsstraße arbeiten bis zu 18 Roboter gleichzeitig auf engstem Raum. Außen geführte Kabel würden sich ins Gehege kommen. Ein sicherer Betrieb wäre dann nicht mehr gewährleistet. Die Innenverlegung bedeutete für die Kabel aber auch, dass der Platz sehr begrenzt ist. Das macht besonders geringe 44 Der Konstrukteur 6/2015

SPECIAL I ROBOTIK 01 Kabel in Robotern müssen u.a. engsten Biegeradien und hohen Beschleunigungen dauerhaft standhalten Biegeradien notwendig: Sie dürfen höchstens das Achtfache des Kabelaußendurchmessers betragen. Je enger der Biegeradius, umso größer der Stress für das Kabel, und damit der Verschleiß. Gleichzeitig jedoch werden für den kompletten Roboter – einschließlich der Kabel – max. Standzeiten gefordert. Die Quadratur des Kreises also. „Robotik ist die Königsdisziplin für Kabel, etwas Anspruchsvolleres gibt es nicht“, erklärt Emmanuel Palmas, Export Manager bei Lapp Muller. Besonders kritisch ist die hohe Belastung für die EMV-Abschirmung. Hier werden wegen der starken mechanischen Belastungen hochwertige verzinnte Kupferbänder eingesetzt. Diese Abschirmung hält bis zu 10 Millionen Bewegungszyklen, bevor sie verschleißt. Bei herkömmlichen Abschirmungen geschieht dies oft schon nach 100 000 Zyklen. Der Kabelmantel besteht je nach Anwendung aus äußerst strapazierfestem Polyurethan oder Polypropylen. Dank der Kabel von Lapp Muller kann Comau auf seine Hollow Wrist Fertigungsroboter acht Jahre Garantie geben. Bei Robotern mit externer Verkabelung ist dagegen nur ein Jahr Garantie üblich. Die acht Jahre entsprechen einem kompletten Modellzyklus. In Tests und Praxis bewährt Robotik ist die Königsdisziplin für Kabel, etwas Anspruchsvolleres gibt es nicht Um diese anspruchsvolle Herausforderung zu meistern, führt Comau in regelmäßigen Abständen Stichproben durch. Hierbei werden die Roboterleitungen in die Testroboter bei Comau verbaut. Diese Roboter bewegen sich mit maximaler Geschwindigkeit und extremsten Bewegungszyklen, um die Kabel an ihre Grenzen zu bringen. Nach sechs bis acht Monaten in dieser kabelfeindlichen Umgebung stoppt der Test und die Leitungen werden durch die Kabelspezialisten der Lapp Gruppe begutachtet. Auf Grund der jahrelangen Erfahrung in diesem Anwendungsbereich können die Experten nun Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Leitung ziehen. In der Vergangenheit wurde seitens Comau mit fünf Jahren Kabellebensdauer kalkuliert, jetzt sind es acht Jahre. Emmanuel Palmas: “In der Praxis bedeutet das, dass die Roboter während ihrer Standzeit nicht gewechselt werden müssen. Für Comau ist dies ein wichtiger Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Roboterherstellern. Lange und teure Ausfallzeiten der Roboter werden so vermieden. Ein Bei- spiel dafür ist die Fertigung des Fiat 500 im Jahr 2007. Für das Fahrzeug gab es so viele Vorbestellungen, dass Fiat die Fahrzeuge so schnell wie möglich herstellen musste. Deshalb erhöhte Fiat im Februar 2008 die Produktion von ursprünglich 120 000 auf 190 000 Exemplare jährlich. Die Comau-Roboter mit den Leitungen von Lapp bestanden auch diese Prüfung. Seit 1998 hat Lapp Muller mehr als 15 000 Comau-Roboter mit insgesamt mehr als 1000 Kilometer der hochspezialisierten High-End-Kabel ausgestattet. Im Vergleich zu Standardkabeln ist das zwar sehr wenig, aber für individuell entwickelte Kabel im absoluten High-End-Bereich ist die Menge enorm. Standardkabel für die Robotik Lapp Muller hat für seine Robotik-Kunden aber auch einige Standardprodukte im Sortiment. Ein Beispiel ist das Robocable F1, das vor allem in der Automobilindustrie eingesetzt wird. Das hochflexible Roboterkabel hat einen PUR-Außenmantel, ist beständig gegen eine Vielzahl von Ölen, Abrieb sowie UV-Strahlung. Dazu kommt eine Polyester-Isolierschicht, die speziell für die hohen Belastungen des Kabels entwickelt wurde. Die einzelnen Leitungsstränge im Inneren des Hybridkabels sind durch Kupferumwicklungen gegen Strahlungen abgeschirmt und das gesamte Kabel hat eine zusätzliche Kupfergeflecht-Abschirmung. Der dynamische Biegeradius liegt beim Zehnfachen des Außendurchmessers, die Torsionsfähigkeit bei ± 180° pro Meter. Bis zu zehn Millionen Bewegungszyklen besteht das Kabel bei diesen Belastungen ohne Beeinträchtigungen. Eine weitere Variante ist das Robocable F1 Gold, das vor allem bei Der Konstrukteur 6/2015 45

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