Verschraubung Fraunhofer IWU mit drei Weltneuheiten auf der Automatica 2014

Redakteur: Juliana Pfeiffer

Auf der 6. Internationalen Fachmesse für Automation und Mechatronik Automatica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU vom 3. bis 6. Juni drei Weltneuheiten vor.

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Die Automatisierungslösung für die Gewindelehrung ist viermal schneller als die händische Prüfung.
Die Automatisierungslösung für die Gewindelehrung ist viermal schneller als die händische Prüfung.
(Bild: Fraunhofer IWU)

Mit einem Schlangenroboter wird demonstriert, wie die Tragflächenmontage von Flugzeugen automatisiert werden kann. Mit einem "intelligenten", selbstlernenden Justagesystem soll ein vollkommen neuer, schnellerer Qualitätsregelkreis im Karosseriebau entstehen. Dass Gewinde vollautomatisch geprüft werden können ist bisher nicht möglich. Mit einem "feinfühligen" Leichtbauroboter gelang den Wissenschaftlern jetzt der Durchbruch.

Modernisierung der Fertigungsabläufe im Flugzeugbau

Das Flugaufkommen hat in den letzten Jahrzehnten rasant zugenommen. Der Flugzeughersteller Airbus geht davon aus, dass es sich bis 2030 verdreifachen wird. Um den entsprechend hohen Bedarf an Transportmitteln zu decken, ist eine Modernisierung der Fertigungsabläufe im Flugzeugbau unumgänglich. Bislang erfolgt die Tragflächenmontage überwiegend noch manuell, wodurch nur geringe Stückzahlen hergestellt werden können. Dies liegt am Aufbau der Tragflächen. Um die notwendige Belastbarkeit und Flexibilität gewährleisten zu können, setzen sich diese in der Regel aus voneinander abgetrennten, nur wenige Quadratmeter großen "Kammern" zusammen. Das Montagepersonal muss sich durch enge Öffnungen, sogenannte Mannlöcher, Zugang zu diesen Arbeitsräumen verschaffen, um dort die Tragflächenkomponenten mit Passschrauben zu befestigen und Nahtstellen abzudichten. Dementsprechend zeitaufwändig, körperlich anstrengend und ermüdend ist die Prozedur. Hinzu kommen die gesundheitlichen Belastungen durch die beim Abdichten entstehenden Dämpfe des Dichtmittels. Konventionelle Industrieroboter gelangen nicht durch die engen Öffnungen. Mit ihren starren Gliedern erreichen sie auch nicht den hintersten Winkel der bis zu fünf Meter langen Arbeitsräume. Erforderlich ist daher ein schlanker Roboter, der zudem extrem verschränkungsfähig ist.

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Vorbild Natur: Flugzeugtragflächen automatisiert montieren

Eine solche Automatisierungslösung mit beweglichen Gliedern entwickeln derzeit Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz im Rahmen eines von der Sächsischen Aufbaubau (SAB) geförderten Projekts. "Der Roboter setzt sich aus acht Achsgelenken zusammen. Durch die seriell verketteten kurzen Dreh- und Kippgelenke kann er sehr enge Bahnradien abfahren und sich in die entlegensten Ecken der Kammern schlängeln. Wir bezeichnen ihn daher auch gern als Schlangenroboter", sagt Marco Breitfeld, zuständiger Projektleiter am IWU. Der insgesamt 2,5 m lange Schlangenroboter ist in der Lage, bis zu 15 kg schwere Werkzeuge zu tragen – zusätzlich zu seiner Eigenlast. Neben der Tragfähigkeit war die Beweglichkeit jedes einzelnen Roboterglieds eine Herausforderung. Die Struktur und die Funktionsweise der einzelnen Glieder sind dem Muskelaufbau in der Hand nachempfunden. Ein speziell entwickelter Antriebsmechanismus aus Spindeltrieb und Seilzugsystem macht dabei überhaupt erst den Einsatz sehr kleiner Antriebsmotoren und damit die Umsetzung einer kompakten, für den begrenzten Arbeitsraum geeigneten, Bauweise möglich. Bei Aufbau und Bewegungsablauf des Roboters haben sich die Wissenschaftler an Vorbildern aus der Natur orientiert, so erhielt der "Snake-Roboter" seinen Spitznamen.

Demonstrator auf der Automatica zu sehen

Geplant ist, den 60 kg schweren Roboter auf eine mobile Plattform oder eine Schiene zu montieren, so dass er unter den Tragflächen entlangfahren und sich in jede der Kammern schlängeln kann. Derzeit testen die Forscher vom IWU das mechanische Konzept sowie die Steuerung. Vom 3. bis 6. Juni präsentieren sie auf der Messe Automatica in München einen Demonstrator des Innenraumroboters.

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