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Mini-Steckverbinder unterstützt Leichtbautrend bei Robotern

01  Das Ziel bei der Leichtbautechnik von Roboterschweißzangen ist die Verringerung der bewegten Massen. Dadurch können die Produktivität des Roboterbetriebs gesteigert und der Energieeinsatz verringert werden

01  Das Ziel bei der Leichtbautechnik von Roboterschweißzangen ist die Verringerung der bewegten Massen. Dadurch können die Produktivität des Roboterbetriebs gesteigert und der Energieeinsatz verringert werden

02  Der Robifix-Mini von Multi-Contact ist 80 mm breit, einfach zu montieren und sicher im Einsatz

02  Der Robifix-Mini von Multi-Contact ist 80 mm breit, einfach zu montieren und sicher im Einsatz

03  Eine vollautomatisch arbeitende 10-kHz-Leichtbau-Schweißzange mit Servopneumatik von Elma-Tech mit montiertem ­Robifix-Mini-Steckverbinder in Flachbauweise

03  Eine vollautomatisch arbeitende 10-kHz-Leichtbau-Schweißzange mit Servopneumatik von Elma-Tech mit montiertem ­Robifix-Mini-Steckverbinder in Flachbauweise

04  Der Robifix-Mini mit Anschlusstechnik für den Transformator

04  Der Robifix-Mini mit Anschlusstechnik für den Transformator

Roboter verrichten mit hohen Geschwindigkeiten unter anderem im Automobilbau zuverlässig ihre Arbeit. Ein Weg, ihre Produktivität weiter zu steigern, ist ihre Schnelligkeit zu erhöhen. Dies kann unter anderem durch Leichtbautechnik erreicht werden. Hier sind mehrere Player gefragt, kleinere und damit leichtere Produkte zur Verfügung zu stellen. Multi-Contact reagiert auf diese Anforderung mit einer Minivariante seiner Roboter-Steckverbinderserie.

Die Montage von Automobilkarosserien erfolgt zu 90 % automatisiert. Für den Rohbau des VW-Golf etwa bewe-gen ca. 1 500 Roboter Werkzeuge mit Massen von teilweise 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 ca. 2,5 s. „Das ist aber keine Naturkonstante“, sagt Schweißtechnikspezialist Prof. Dr.-Ing. Peter Puschner, „da ist noch Luft nach oben.“ Wie Prof. P. Puschner arbeiten Fertigungstechnikspezialisten in aller Welt an der Optimierung der Roboter gestützten 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 erfolgversprechenderer Weg ist, die Werkzeuge konsequent in Leichtbautechnik mit innovativen Konstruktionsmerkmalen auszuführen. Dadurch wird der Einsatz kleinerer Roboter mit leichteren Armen möglich. Und sind die zu beschleunigenden Massen geringer, können sich die Roboter schneller zu ihrem Einsatzpunkt bewegen, und die Taktzeiten werden verkürzt.
Es gibt aber auch einen anderen Lösungsansatz: Bislang wurden die Transformatoren der Roboterschweißzangen aus 1 000-Hz-Invertern gespeist. Durch den Umstieg auf Speisespannungen mit einer Frequenz von 10 kHz wird der aktuelle Trend in Richtung „Leichtbautechnik“ zusätzlich gefördert (Bild 1). Der größte Gewinn dieser Technik zeigt sich an den Transformatoren. Diese können bei 10-kHz-Versorgung um mehr als 50 % kleiner und leichter ausfallen. Durch intelligente Prozessführung kann auch der Querschnitt der Zuleitungen verringert werden. Allerdings sind bei einem Umstieg auf die sogenannte „10-kHz-Inverter-Technologie“ alle am System beteiligten Partner gefordert, ihren Beitrag zu leisten.

Der Trend zur Leichtbautechnik
Deutliche Gewichtseinsparungen ergeben sich durch neue technologische Merkmale bei modernen Leichtbau-Schweißzangen. Wo bislang bis zu 110 kg als Werkzeuggewicht akzeptiert werden mussten, lassen sich heute gleiche oder noch bessere Ergebnisse mit Werkzeugen von nur 45 kg Gewicht erzielen. Jedes Gramm Gewichtseinsparung wirkt sich auf die Geschwindigkeit aus und verringert den Energieeinsatz des Roboters. Das zeigt sich gut bei den Schlauchpaketen, die ebenfalls abgespeckt werden konnten. Leichtbauzangen kommen beispielsweise mit 6 bar Betriebsdruck für die pneumatischen Aktoren aus. Das resultiert in Schläuchen kleinerer Dimension. Auch bei den Stromleitungen kann Gewicht eingespart werden: 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 in der Leitung nicht gleich verteilt ist, sondern die Landungsträger 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 Datenleitungen sowie Lichtwellenleiter. Durch die permanente Bewegung der Roboter ist das Schlauchpaket einem hohen 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.
An dieser Stelle war die Kompetenz von Multi-Contact gefragt. Der Schweizer Steckverbinderhersteller hatte sich im Bereich der Roboterverkabelung bereits einen Namen gemacht. Alexander Hornung, Product Manager Automa­tion, erläutert: „Unsere Steckverbinder-Serien TSB150 und TSS150 folgten bis 2010 dem weltweiten Industriestandard. Die Industrie forderte jedoch eine einfache, gewichtsre­duzierte, montagefreundliche Lösung, unvereinbar mit der bestehenden Norm. So entstand unser neuer Primärkreis-Steckverbinder für Roboterpunkt-Schweißzangen, der ­Robifix. Diese Bauform hat sich seit 2013 als neuer Quasi-Standard für die Roboterschweißzangen etabliert und gilt somit als ,gesetzt‘ für Schweißtransformatorenhersteller weltweit.“ Mit der Einführung der 10-kHz-Technik war die Erfahrung der Schweizer Steckverbinderspezialisten erneut gefragt. Der Primärkreissteckverbinder sollte noch kleiner werden und kompatibel zu den neuen 10-kHz-Leitungen sein. Multi-Contact unterzog daraufhin den Robifix einer Schlankheitskur. Das Ergebnis ist der Robifix-Mini (Bild 2). Sein Grundaufbau gleicht dem Robifix, nur misst die ­Minivariante im gesteckten Zustand 140 mm × 80 mm und ist um 25 % leichter. Das kommt den Roboterherstellern entgegen, die aufgrund der leichteren Werkzeuge kleinere Roboter mit schlankeren Armen einsetzen können. Auch Hersteller von Schweißzangen, wie die Firma Elma-Tech, begrüßen das schlanke Profil des neuen Steckverbinders, da auf ihren neuen leichten Werkzeugen (Bild 3) nur noch wenig Montageplatz im zugänglichen Außenbereich besteht.
Wie sein großer Bruder Robifix zeichnet sich auch die miniaturisierte Variante durch eine Reihe von Vorzügen aus: Zunächst tragen die Schnellkupplungen durch ihre leichte Handhabung zur Senkung von Stillstandzeiten und Instandhaltungskosten bei. Die Hersteller von Schlauchpaketen loben die schnelle Integration und einfache Instandhaltung. Die Kabelmontage kann nämlich per Hand erfolgen. Multi-Contact liefert dazu ein speziell gefertigtes HF-Kabel mit 16 mm² Querschnitt. Die Kontaktzuverlässigkeit dieses Steckverbinders ist aufgrund der etablierten Lamellentechnologie hoch.
Ein voreilender Schutzkontakt und ein Verpolungsschutz sorgen für die Sicherheit des Wartungspersonals. Unbenutzte Steckverbinder können mit Schutzkappen vor Verschmutzung geschützt werden und sind berührungssicher. Robifix-Mini gibt es in unterschiedlichen Bauformen, zum Beispiel als Transformator-Anschluss (Bild 4). An den Robotergelenken oder auch am Werkzeug wird meist die flache Bauform eingesetzt, während es für Durchführungen an Gehäusen eine Flansch-Bauform gibt. Ein 4-mm-Sechskantschlüssel dient als einziges Werkzeug für alle Montageschritte. Die Gehäusebauteile sind resistent gegenüber Schweißspritzern und weisen im gesteckten Zustand Schutzart IP67 auf. (ih)

Marcel Kohn ist freier Fachjournalist bei Viatico Strategie und Text in Bruchsal. kohn@viatico.de

Marcel Kohn ist freier Fachjournalist bei Viatico Strategie und Text in Bruchsal. kohn@viatico.de