Steckverbinder Roboterschweißzangen leicht gemacht

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Joachim Tatje / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Geschwindigkeit spielt bei der robotergestützten Fertigungstechnik eine große Rolle. Um diese zu steigern, muss Masse reduziert werden. Der neu entwickelte Primärkreissteckverbinder Robifix-Mini trägt zur Optimierung bei.

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Das Ziel bei der Leichtbautechnik ist die Verringerung der bewegten Massen. So kann die Produktivität des Roboterbetriebs gesteigert und der Energieeinsatz verringert werden.
Das Ziel bei der Leichtbautechnik ist die Verringerung der bewegten Massen. So kann die Produktivität des Roboterbetriebs gesteigert und der Energieeinsatz verringert werden.
(Bild: Multi-Contact)

Die Montage von Automobil-Karosserien ist zu 90 % automatisiert. Für den Rohbau des VW-Golf etwa bewegen circa 1500 Roboter Werkzeuge mit Massen von zum Teil mehr als 100 kg. Die meisten dieser Roboter tragen Schweißzangen an ihren Armen und fügen mit Hunderten von Punktschweißungen die vorgeformten Blechteile zu Karosserien zusammen. Die Taktzeiten, also der zeitliche Abstand zwischen zwei Schweißungen, beträgt derzeit ungefähr 2,5 Sekunden. „Das ist aber keine Naturkonstante“, sagt Schweißtechnik-Spezialist Prof. Dr.-Ing. Peter Puschner, „da ist noch Luft nach oben.“ Wie Puschner arbeiten Fertigungstechnik-Spezialisten in aller Welt an der Optimierung der robotergestützten Fertigungstechnik. Es liegt zunächst nahe, die Geschwindigkeit der Roboterbewegungen zu steigern. Das führt jedoch zu einem höheren Energieverbrauch und durch die Trägheitsmomente der bewegten Massen zu einem vorzeitigen Verschleiß der Mechanik. Ein viel erfolgversprechender Weg ist es, die Werkzeuge konsequent in Leichtbautechnik mit neuen Konstruktionsmerkmalen auszuführen, was den Einsatz kleinerer Roboter mit leichteren Armen möglich macht. Denn sind die zu beschleunigenden Massen geringer, können sich die Roboter schneller zu ihrem Einsatzpunkt bewegen, und die Taktzeiten werden merklich verkürzt.

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Leichter dank 10-kHz-Frequenz

Ein weiterer Lösungsansatz kommt auch aus einer ganz anderen Ecke. Bislang wurden die Transformatoren der Roboterschweißzangen aus 1000-Hz-Invertern gespeist. Der Umstieg auf eine Versorgungsspannung mit 10-kHz-Frequenz fördert den Trend in Richtung Leichtbautechnik ebenfalls. Der größte Gewinn dieser Technik zeigt sich an den Transformatoren. Diese können bei einer 10-kHz-Versorgung um mehr als 50 % kleiner und leichter ausfallen. Durch eine intelligente Prozessführung kann auch der Querschnitt der Zuleitungen verringert werden. Doch eine wirklich bedeutsame Gewichtseinsparung gibt es nicht zum Nulltarif. Beim Umstieg auf die so genannte 10-kHz-Inverter-Technologie sind alle am System beteiligten Partner gefordert, ihren Beitrag zu leisten.

Aufgrund der neuen technologischen Merkmale ergeben sich erhebliche Gewichtseinsparungen, was zu modernen Leichbau-Schweißzangen führt. Wo man bislang bis zu 110 kg als Werkzeuggewicht akzeptieren musste, lassen sich heute gleiche oder noch bessere Ergebnisse mit Werkzeugen von 45 kg Gewicht erzielen. Jedes Gramm Gewichtseinsparung zahlt auf das Konto 'Geschwindigkeit' ein und verringert den Energieeinsatz des Roboters. Das zeigt sich sehr gut bei den Schlauchpaketen, die ebenfalls abgespeckt werden konnten. Leichtbau-Zangen kommen beispielsweise mit 6 bar Betriebsdruck für die pneumatischen Aktoren aus. Das resultiert in Schläuchen kleinerer Dimension.

Kabelquerschnitt deutlich reduziert

Auch bei den Stromkabeln lässt sich Gewicht einsparen. Waren für die herkömmliche Schweißtechnik Kabelquerschnitte von 25 mm² notwendig, reichen bei der 10-kHz-Technik 16 mm² aus. Allerdings ist ein anderer Kabelaufbau vonnöten, da bei 10 kHz bereits ein merklicher Skin-Effekt auftritt. Dieser sorgt dafür, dass die Stromdichte im Kabel nicht gleichverteilt ist, sondern die Ladungsträger an die Außenseite drängen. Abhilfe schaffen hier spezielle HF-Kabel, deren Gesamtquerschnitt sich auf einzeln voneinander isolierte Stränge aufteilt.

Das Schlauchpaket beinhaltet alle Leitungen, die zum Betrieb einer Schweißzange benötigt werden. Neben der Luftleitung und den Wasserleitungen befinden sich darin die Kabel für die elektrische Energieversorgung, Steuer- und Prozessspannungen und Lichtleiter. Durch die permanente Bewegung der Roboter ist das Schlauchpaket einem enormen mechanischen Stress ausgesetzt. An mehreren Stellen befinden sich Steckverbinder. Sie ermöglichen es, in kürzester Zeit die Primärkreiszuleitung am Roboterarm auszutauschen, ohne den Betrieb unzulässig lang zu unterbrechen.

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