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01 Für Robotikapplikationen kombiniert Lapp individuelle Sonderanfertigungen mit einer Palette an Standardprodukten

Kabelherausforderungen in der Robotik

Die Robotik hält für Kabel- und Leitungshersteller viele Herausforderungen bereit. Dazu zählen unter anderem extreme Biegewechsel- und Rotationsbewegungen sowie beengte Platzverhältnisse. Laut IFR soll der Markt in den nächsten Jahren weiter wachsen. Ein Grund für Lapp, sich noch stärker auf diesen zu konzentrieren. Positiv spielt den Stuttgarter Experten hier der Zukauf des französischen Robotikspezialisten Lapp Muller im Jahr 2003 hinein.

Die Lapp-Gruppe sieht sich für die vielfältigen Anforderungen im Bereich Kabel und Verbindungssysteme für die Robotik gut aufgestellt. Dabei profitieren die Stuttgarter auch von der Kompetenz des 1939 gegründeten Robotikspezialisten Lapp Muller. Das Unternehmen hat heute seine Fertigung mit einer Produktionsfläche von 5.000 m 2 in Grimaud an der Côte d’Azur. Neben individuell auf Kundenanforderungen abgestimmte Verkabelungslösungen für Hightech-Roboter fertigt das Unternehmen auch andere Sonderkabel für Offshore-Anwendungen und Unterwasser- Applikationen. Insgesamt befasst sich Lapp seit mehr als 30 Jahren intensiv mit dem Thema Robotik und fertigt Steuer- und Datenleitungen, Sonderleitungen sowie entsprechende Konfektionen (Bild 1). Zu den Kunden gehören Unternehmen, wie Comau Robotics und Hyundai, die hauptsächlich Roboter für die Automobilfertigung herstellen, Imeca, die Roboter für Michelin produzieren, Cimlec, ein Installateur für französische Automobilhersteller, wie Peugeot-Citroen und Renault, Samsung, im Bereich der Halbleiterbearbeitung mit Schweißrobotern und Schleppketten, Nelson Bolzenschweiß-Technik und Dürr, Systempartner der Automobil- sowie Zulieferindustrie, und viele mehr.

Anforderungen der Robotikbranche
„Die meisten Anfragen kommen von drei Kundengruppen, die unterschiedliche Ansprüche an die Produkte haben: Systemintegratoren, Instandhaltungsbetriebe und Roboterhersteller“, erklärt Frank Rothermund, Market Manager Robotics bei der U. I. Lapp GmbH. „Die Königsdisziplin stellen die Anforderungen der Roboterhersteller dar. Hier sind besonders anspruchsvolle Anwendungen gefragt, für die mit Produkten von der Stange oft keine ideale Lösung darstellbar ist. Da jeder Robotertypus andere Bewegungsabläufe ausführt und unterschiedlich aufgebaut ist, sind auch die Anforderungen an die Kabelsysteme vielfältig“, informiert er weiter.

Besondere Anforderungen im Automobilbereich
Zu den wichtigsten Branchen zählt die Automobilfertigung mit ihren hohen Ansprüchen an Qualität und Langlebigkeit. Ein Kunde aus diesem Bereich ist die Nelson Bolzenschweiß-Technik GmbH & Co. KG. Sie 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 vollautomatisch 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“, sagt F. Rothermund. Nelson wandte sich mit der Anforderung an Lapp, eine Spezialleitung 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“, erklärt der Branchenmanager die Anforderungen. 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“, so F. Rothermund. Deshalb entschied man sich dafür, alle benötigten Komponenten – das heißt, die Schweißleitung, Daten- und Signalleitungen sowie die Luft- und Schutzgasschläuche, in einem Außenmantel zusammenzuführen (Bild 2). Das resultierende Kabel hat nach Firmenangaben einen signifikant kleineren Querschnitt als die einzelnen Kabel, die bei Verwendung von Standardprodukten notwendig gewesen wären. „Eine zusätzliche Herausforderung bildete bei diesem Konstrukt die elektromagnetische Verträglichkeit in Bezug auf die große Strombelastung durch die Masse-Schweißleitung und das dadurch entstehende elektromagnetische Feld“, berichtet der Experte weiter. 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“, führt F. Rothermund weiter aus. Den Robotikspezialisten 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.“

Zusätzliche Potenziale im Robotikbereich
Außerdem erwartet sich Lapp weitere Potenziale im Bereich Robotik durch neue Einsatzbereiche. Als ein Beispiel nennt Lapp-Vorstand Siegbert E. Lapp Google, die Anfang des Jahres mit dem Kauf von neun Robotikfirmen und der Einstellung von renommierten Experten für Robotik und neuronale Netzwerke Schlagzeilen machten. Weiter sagt er: „Marktexperten sehen eine ähnlich breite technologische Entwicklung sowie neue kommerzielle Marktpotenziale voraus wie beispielsweise bei der Umstellung von traditioneller auf digitale Fotografie. Zudem verlangt der wachsende Konsummarkt höhere Fertigungskapazitäten. Daneben erfordern die kürzere Lebensdauer von Produkten und eine wachsende Produktvielfalt flexible Automatisierungskonzepte.“ Als ein Beispiel für einen Produktionsriesen, der mit der Ankündigung, seine Produktion auf Roboter umzustellen, für Aufmerksamkeit sorgte, nennt er den taiwanischen Auftragshersteller Foxconn. Er ist unter anderem für die Produktion von Apples „iPhones“ bekannt ist. „Foxconn-Chef Terry Gou kündigte an, bis 2016 eine Million Roboter, sogenannte Foxbots, einsetzen zu wollen – bisher sollen erste 30.000 im Einsatz sein“, so S. E. Lapp.

Auch für kleinere Betriebe und den Mittelstand wird aus seiner Sicht der Einsatz von Robotern zunehmend attraktiver. So würden diese kleiner, günstiger und flexibler, also schneller umprogrammierbar. „Dadurch lohnt sich der Einsatz von Robotern zunehmend auch bei kleineren Mengen unterschiedlicher Produkte“, zieht S. E. Lapp als Fazit. Außerdem könnten Roboter helfen, die Arbeitsbedingungen und -qualität zu verbessern, indem sie gefährliche, langwierige und schmutzige Arbeiten übernehmen, die Menschen nicht leisten können oder die zu hohe Sicherheitsrisiken bergen. Zudem mache der weltweite Wettbewerb die Modernisierung von Produktionsanlagen unumgänglich. „Neue Materialien, wie Kohlefaserverbundstoffe, sowie Ansprüche an die Energieeffizienz erfordern die Anpassung von Fertigungsstraßen, -werkzeugen und -prozessen. Dazu kommen höhere Qualitätsanforderungen, die den Einsatz hoch entwickelter Hightech-Robotersysteme nahelegen. Diese Systeme stellen eine große Herausforderung für die eingesetzten Komponenten, wie Leitungen, Kabel und Verbindungselemente, dar. Wir sehen uns als kompetenten Partner, diese gemeinsam mit unseren Kunden zu lösen und ihnen optimale Produkte anzubieten“, blickt der Lapp-Vorstand optimistisch in die Zukunft. (ih)

03 Für Dürr Systems APT liefert Lapp ein „Rundum-Sorglos-Kabelpaket

Individuelle Lösungen für den passgenauen Einsatz
Für Robotikapplikationen kombiniert Lapp individuelle Sonderanfertigungen mit einer Palette an Standardprodukten, die für die hohen Belastungen ausgelegt sind. Dabei umfasst die Angebotspalette alle Typen von Leitungen zur Strom- und Datenübertragung sowie Verschraubungen und Steckverbinder.
Das Standardportfolio wird meist in der Peripherie eingesetzt. Zu den neuen Robotik-Standardprodukten gehört beispielsweise die Leitung Etherline FD Torsion CAT.6 A . Sie ermöglicht eine Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Gbit/s und eignet sich damit zum Beispiel für die Übermittlung von HD-Bildern in Echtzeit bei gleichzeitigem Anspruch an hohe Flexibilität für Torsions- und Biegebewegungen. Die Ölflex Servo 7 DSL steht für eine neue Generation von Servoleitungen, die Leistungs- und Feedback-Kabel in einer Außenhülle vereint. Durch den speziellen Aufbau wird so statt der üblichen 2-Kabeltechnik nur noch eine Leitung für den Anschluss eines Servomotors im Inneren des Roboters benötigt und damit Platz eingespart. Ein Beispiel für eine Sonderanfertigung, bei der alle Lapp-Kompetenzen ausgespielt werden, liefert Dürr Systems (Bild 3) aus Bietigheim. Für sie werden fertige Servokonfektionen für den speziellen Einsatz im Lackierroboter angeliefert. Diese Leitungen werden bei Lapp Muller in Grimaud entwickelt und gefertigt. In Stuttgart bei Lapp Systems werden die Epic-Steckverbinder angefügt sowie die Kabelpakete konfektioniert und dann getestet. Anschließend gehen sie über Dürr Bietigheim an ihren Bestimmungsort in Automobillackieranlagen auf der ganzen Welt.

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