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Modularer Systemaufbau macht Robotereinsätze flexibler

16.10.2008
Automatische Werkzeugwechselsysteme ermöglichen, das Aufgabenspektrum von Robotern zu erweitern. Der Grund dafür liegt in der Modularität der Systeme. Sie erschließt Anwendungen, die zwar steuerungstechnisch möglich sind, jedoch sonst von der Roboterausstattung nicht zugelassen würde. Wichtig bei der Systemauslegung sind die Betriebskosten. Dazu ist eine Lebensdaueranalyse erforderlich.

In der Fahrzeugindustrie fordern eine steigende Modellvielfalt und die damit entstehenden kleineren Serien eine erhöhte Anwendungsflexibilität der Produktionsanlagen, inklusive der integrierten Roboter, Vorrichtungen und Handhabungsgeräte. Hinzu kommt, dass speziell in der Verbindungstechnik die Anzahl der Verfahren steigt, um Leichtbau- und Design-Anforderungen gerecht zu werden.

Roboter stoßen an Grenzen

So stoßen selbst Roboter an Anwendungsgrenzen. Zwar sind sie programmtechnisch flexibel, jedoch lässt die Ausstattung nicht jede Anwendung zu. Diese Grenzen können mit Hilfe von Werkzeugwechselsystemen deutlich erweitert werden.

Automatische Werkzeugwechselsysteme sind ein wichtiger Baustein zur Steigerung der Flexibilität und Automation in verschiedenen Fertigungsbereichen – besonders dort, wo Roboter verschiedene Aufgaben wahrnehmen müssen. Stäubli liefert dazu eine komplette Baureihe an Produkten, mit denen nahezu jede denkbare Anwendung abgedeckt werden kann. Der Schlüssel zur Flexibilität steckt in der Modularität.

Das zentrale Modul eines Werkzeugwechselsystems ist der sichere und äußerst schnelle Verriegelungsmechanismus, der die dynamischen Kräfte zuverlässig beherrscht, selbst bei Energieausfall. Dynamische Kräfte ergeben sich durch Roboterbewegungen und die meist ausladenden Werkzeuggeometrien. Trotz dieser Belastung steigen die Anforderungen hinsichtlich Präzision und Zuverlässigkeit über einen gesamten Produktlebenszyklus hinweg.

Einen besonderen Vorteil bietet ein Verriegelungsmechanismus, der sowohl in einer pneumatisch als auch in einer elektrische betätigten Variante verfügbar ist. Beide Varianten sind in der Lage, ein und dasselbe Werkzeug zu kuppeln.

Elektrischer Antrieb ersetzt Druckluftanlagen

Lösungen, weg von der Nutzung von sehr teurer Energie in Form von Druckluft und hin zu rein elektrisch betriebenen Anlagen, sind damit machbar. Aufgrund der Modularität ist das von Stäubli entwickelte System auf Marktveränderungen hinsichtlich neuer Techniken auf einfachste Weise erweiterbar. Module sind für die verschiedensten Anforderungen verfügbar und jederzeit auch nachträglich austausch- oder integrierbar.

Als einziger Anbieter weltweit entwickelt Stäubli alle Komponenten für Werkzeugwechselsysteme – Druckluft-, Fluid- oder Elektrokomponenten – in Eigenregie. Die weltweit unterschiedlichen Umgebungsbedingungen verlangen ein Höchstmaß an Qualität und anwendungsspezifischem Know-how, um zuverlässige Funktionen zu gewährleisten.

So stehen Druckluft- und Flüssigkeitskupplungen für Werkzeugwechselsysteme in den Nennweiten 8 und 12 mm zur Verfügung. Sie müssen möglichst leckagefrei sein und den Durchflusswiderstand bei maximalem Durchsatz so gering wie möglich halten.

Kupplungen für Werkzeugwechselsysteme auf niedrige Betriebskosten ausgelegt

Damit ergibt sich der Vorteil der deutlich niedrigeren Betriebskosten, zum Beispiel bei Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, aber auch beim Energieverlust aufgrund von Leckagen. Während eines Lebenszyklus übersteigen sie oft deutlich die Anschaffungskosten. Ein Entwicklungsziel ist daher die Optimierung der Herstellungs- und Betriebsfaktoren, auch unter dem Aspekt der Folgekosten.

Je besser Elektrostecker kontaktieren, umso geringer sind deren Übergangswiderstände und die dadurch entstehenden Störungen oder Verlustleistungen aufgrund von Wärmeentwicklung. Dies hat die Stäubli-Tochter Multicontact mit dem patentierten Lamellenprinzip Multilam perfektioniert. Über 1 Mio. Steckzyklen sind für diese Kontakte, die Leistungen bis 200 A bei 690 V übertragen, keine besondere Herausforderung.

Aufgrund neuartiger Gehäuseformen wird zudem den Marktanforderungen Rechnung getragen, störungsunanfällige Elektrostecker zu bieten, die individueller einsetzbar sind. Verschiedene Anforderungen, zum Beispiel für Servomotoren, wie die Bussignal- und Leistungsübertragung in einem Stecker, werden erfüllt.

Schnell austauschbare Steckverbinder reduzieren Instandhaltungsaufwand

Ferner reduziert die Möglichkeit, verschlissene Kontakte schnell auszutauschen, ohne die angeschlossenen Kabelstränge zu beeinträchtigen, den Instandhaltungsaufwand. Das verringert wiederum die Folgekosten.

Hydraulikkupplungen für Hochdruckanwendungen müssen auch bei sehr hohen Betriebsdrücken absolut tropffrei arbeiten. Die Elemente lassen sich selbst bei vorhandenen Restdrücken tadellos trennen und kuppeln.

Speziell im Leichtmetallbau ist Hydrauliköl auf Bauteilen sehr schädlich. So erfordern Leichtmetalle eine Nachbehandlung, insbesondere eine Reinigung in speziellen Bädern. Dadurch erhöhen sich zwangsläufig der Zeitaufwand und die Kosten. Für Hochdruckkomponenten ist dieser Aufwand indiskutabel, weshalb Stäubli die Baureihe SPC mit seiner speziellen Abdichtung ausgestattet hat, um eine Benetzung von Leichtmetallkomponenten mit Hydrauliköl zu vermeiden. Zur Verfügung stehen Dichtungen mit Nennweiten von 8 und 12 mm, die Drücke bis 320 bar beherrschen.

Großzügiger Toleranzbereich beim Werkzeugwechsel

Außer den Komponenten für Werkzeugwechselsysteme hat Stäubli auch Ablagesysteme entwickelt. In Verbindung mit installierten Sicherheitssystemen verhindern sie, dass bei einer Fehlbedienung das Wechselsystem unbeabsichtigt entriegelt wird und dadurch Schäden entstehen. Eine in das Ablagesystem eingebaute, durch Kugellager realisierte „schwimmende Lagerung“ ermöglicht einen großzügigen Toleranzbereich beim automatischen Werkzeugwechsel. Dadurch wird der Verschleiß an den Führungselementen und dem Verriegelungssystem minimiert.

Das Ergebnis, das sich erst nach Einsatz über einen langen Zeitraum auch im Hinblick auf die Gesamtkosten einer solchen Investition zeigt, überzeugt. Grund dafür sind die aufeinander abgestimmten Komponenten und die dadurch erreichte Zuverlässigkeit.

Karl-Heinz Griesbeck ist Produktmanager im Geschäftsbereich Connectors bei der Stäubli Tec-Systems GmbH in 95448 Bayreuth.

Karl-Heinz Griesbeck | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/robotik/articles/149228/

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