Wie Verbindungstechnik die hohen Anforderungen in der Robotik meistert

Anbieter zum Thema

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

U.I. Lapp GmbH

Best Practice-Beispiel: Alle Anforderungen in eine Leitung

Die Firma Nelson Bolzenschweiß-Technik GmbH & Co. KG ist Spezialist für Bolzenschweißgeräte, die beispielsweise in Robotern für die Automobilfertigung verbaut werden. Das Unternehmen ergänzt die Fertigungsroboter mit Spezialwerkzeugen, mit denen Bolzen gesetzt und fest mit der Karosse verschweißt werden. Das Bolzenschweißgerät wird durch den Roboter voll automatisch positioniert und setzt die Bolzen zur Kabelbaummontage in den Rohkarossen. Dabei werden höchste Ansprüche an die Effektivität und Präzision der ausgeführten Bewegungen sowie an die Produktivität des Systems gestellt.

Leitung für einen Fertigungsroboter

Nelson hatte die Anforderung, eine Spezial-Leitung für einen 6-achsigen Fertigungsroboter zu entwickeln. Die Verkabelung sollte über alle Achsen des Roboters geführt werden und musste daher all seinen Knickbewegungen und Rotationen folgen können. Um diesen Anspruch zu erfüllen, müssen die Leitungen hochflexibel sein, einen sehr kleinen Biegeradius haben und hohen Torsionsbelastungen standhalten. Dazu kommt ein hoher Qualitätsanspruch an die Langlebigkeit der Komponenten.

Zusätzliche Herausforderung: Wenig Platz

Eine zusätzliche Herausforderung lag in der Platzbeschränkung: Damit der Roboter nicht in seinen Bewegungen eingeschränkt wird, mussten unterschiedliche Leitungen auf kleinstem Raum über die Roboterachsen geführt werden. Deshalb entschied man sich dafür, alle benötigten Komponenten – das heißt, die Schweißleitung, Daten- und Signalkabel, und auch die Luft- und Schutzgasschläuche, in einem Außenmantel zusammenzuführen. Das resultierende Kabel hat einen signifikant kleineren Querschnitt als die einzelnen Kabel, sie bei Verwendung von Standardprodukten notwendig gewesen wären.

EMV als weitere Beschränkung

Eine weitere Herausforderung bildete bei diesem Konstrukt die elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, in Bezug auf die große Strombelastung durch die Masse-Schweißleitung und das dadurch entstehenden elektromagnetische Feld. Die empfindlichen Daten- und Signalleitungen mussten hierfür mit einem zusätzlichen Kupferschirm geschützt werden. Beim Einsatz entsprechender Isoliermaterialien ist es im Übrigen besonders schwierig, die hohen Anforderungen an Biegeradius und Torsionsfähigkeit umzusetzen.

Ergänzendes zum Thema

Robotik stellt hohe Ansprüche an Flexibilität und Langlebigkeit

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. Ein weiteres Problem ist das eingeschränkte Platzangebot für die Verkabelung: unterschiedliche Leitungen müssen auf kleinstem Raum im Inneren des Roboters verlegt oder in einigen Fällen außen über die Achsen geführt werden. Aus diesem Grund werden in der Robotik häufig Hybridkabel eingesetzt die mehrere Leitungen in einer einzigen Außenhülle zusammenfassen. Hier treffen dann beispielsweise Hochspannungsleitungen für eine hohe Energiezufuhr auf engstem Raum mit Datenleitungen zusammen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und entsprechende Schirmkonzepte aller Komponenten. Die Herausforderung dabei ist, dass auch die Hybridkabel trotz mehrerer Kabelstränge, Abschirmungs- und Füllmaterialien eine hohe Flexibilität und Stabilität gegenüber der Dauerbelastung aus Rotationen und Biegewechselbewegungen bieten müssen. An diesem Beispiel wird ersichtlich wie wichtig es ist, die unterschiedlichen Optionen beim Aufbau eines Kabels genau zu kennen und ihre Vor- und Nachteile für das jeweilige Einsatzgebiet und die damit verbundenen Belastungen in Praxistest zu erforschen, um die bestmögliche Methode für die Materialzusammenstellung zu wählen.

Hybridleitung vereint alle Komponenten

Den Robotics-Spezialisten von Lapp Muller gelang es, alle diese Komponenten in einer neu entwickelten komplexen Hybridleitung zusammenzufassen, die dennoch robotertaugliche Flexibilität und Torsionsfähigkeit bei einer Standzeit von mehr als zwei Millionen Biegezyklen bietet. Eduard Kirchner, Leiter Entwicklung bei Nelson: „Wir bei Nelson haben einen sehr hohen Anspruch an unsere Komponenten, wie Schweißstromquelle, Sortierer und Schweißköpfe. Zu einem Gesamtsystem gehören natürlich auch sämtliche Verbindungen der einzelnen Komponenten, hierbei haben wir in der Firma Lapp einen Partner gefunden, der in jeder Hinsicht den hohen Anforderungen gerecht wird.“ (mz)

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