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Roboter zuverlässig versorgen

„Durch die außergewöhnlichen Belastungen müssen Adern, Verseilgebilde, Schirme und Mantelwerkstoffe bei den Roboterleitungen besonders angepasst werden“, erläutert Richard Habering, Global Product Manager Chainflex­Leitungen (links), etz­Redakteur Frank Nolte

„Durch die außergewöhnlichen Belastungen müssen Adern, Verseilgebilde, Schirme und Mantelwerkstoffe bei den Roboterleitungen besonders angepasst werden“, erläutert Richard Habering, Global Product Manager Chainflex­Leitungen (links), etz­Redakteur Frank Nolte

„Durch kontinuierliche Messung der elektrischen Eigenschaften zweier zusätzlicher Adern in der intelligenten Chainflex­Leitung in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und der Zyklenzahl lässt sich ein möglicher Ausfall der Leitung rechtzeitig vorhersagen“, zeigt R. Habering anhand der Datenanalyse

„Durch kontinuierliche Messung der elektrischen Eigenschaften zweier zusätzlicher Adern in der intelligenten Chainflex­Leitung in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und der Zyklenzahl lässt sich ein möglicher Ausfall der Leitung rechtzeitig vorhersagen“, zeigt R. Habering anhand der Datenanalyse

„Mit den fünf verschiedenen Varianten des mehrachsigen Energieführungssystems Triflex R können wir die verschiedenen Achsen von sehr vielen Robotern zuverlässig versorgen“, berichtet Jörg Ottersbach, Leiter Branchenmanagement Robotik bei Igus

„Mit den fünf verschiedenen Varianten des mehrachsigen Energieführungssystems Triflex R können wir die verschiedenen Achsen von sehr vielen Robotern zuverlässig versorgen“, berichtet Jörg Ottersbach, Leiter Branchenmanagement Robotik bei Igus

Ein kleiner Teil des hauseigenen Testlabors von Igus, wo das Unternehmen seine Ketten und Leitungen auf alle möglichen Belastungen prüft

Ein kleiner Teil des hauseigenen Testlabors von Igus, wo das Unternehmen seine Ketten und Leitungen auf alle möglichen Belastungen prüft

J. Ottersbach zeigt F. Nolte die Funktion des linearen Rückzugsystems Triflex RSE ohne Bogen und Federstäbe oder Umlenkrollen

J. Ottersbach zeigt F. Nolte die Funktion des linearen Rückzugsystems Triflex RSE ohne Bogen und Federstäbe oder Umlenkrollen

Leitungen für Energieketten müssen robust und gleichzeitig beweglich sein, damit sie über Millionen von Maschinenzyklen einwandfrei funktionieren. Ähnlich sieht es bei den Energieführungen und Leitungen für Roboter aus – auch wenn die dreidimensionalen Belastungen ganz andere Herausforderungen stellen. Deswegen hat Igus für Roboter über Jahre ein spezielles Produktprogramm entwickelt und dessen Haltbarkeit im weltweit größten Prüflabor der Branche getestet. Richard Habering und Jörg Ottersbach stellten das Robotik-Portfolio im Rahmen der etz@Tour vor.
Leitungen für Energieketten sind auf die Anforderungen der vorwiegend linearen Bewegungsabläufe ausgelegt. Der Einsatz an Robotern erfordert jedoch ein ganz anderes Design und Aufbaukonzept. Um die Roboter zuverlässig zu versorgen, hat Igus die Leitungen der Familie CF­Robot konzipiert. Diese speziell tordierbaren Leitungen widerstehen den Belastungen der komplexen, dreidimensionalen Bewegungen. Es gibt sie in acht verschiedenen Familien – je nach Applikation und Bewegungsprofi l. Das Besondere daran: Diese über 100 Roboter­Leitungsartikelnummern sind ab Lager lieferbar, wodurch dem Anwender die Möglichkeit gegeben wird, seine Anwendung unmittelbar aufbauen und testen zu können. Ohne lange auf ungetestete Sonderlösungen warten zu müssen.
„In die Entwicklung der Chainflex­Leitungen für Roboter haben wir einige Jahre Entwicklungs­ und Testzeit investiert und sind heute noch nicht am Ende der Möglichkeiten angekommen. Schließlich müssen die Adern, Verseilgebilde, Schirme sowie Mantelwerkstoff e neben großen Wechselbiegebelastungen auch die Durchmesseränderungen durch die Torsionsbewegungen ausgleichen. Je nach Anforderung verwenden wir bei den Chainflex­Robot­ Leitungen verschiedene „weiche“ Konstruktionselemente, die die auftretenden Kräfte innerhalb der Leitung abfangen. In den Testreihen hat sich zudem gezeigt, dass die richtige Auswahl an geeigneten Gleitebenen zwischen den einzelnen Elementen ein ganz wichtiger Baustein ist. Auch die torsionsoptimierten Schirmaufbauten sind außergewöhnlich. Über spezielle Gleitfolien sind diese in der Lage die notwendigen Ausgleichsbewegungen durchzuführen“, weist Richard Habering, Global Product Manager Chainflex­Leitungen bei Igus in Köln, auf die Besonderheiten der Roboterleitungen hin.
Hoher mechanischer Stress wird simuliert
Die Herausforderung bei der Auswahl der passenden Roboterleitung ist, dass der „mechanische Stress“ bei Robotern im Gegensatz zu linearen Energiekettensystemen aus einer Kombination von Biege­, Torsions­ und Fliehkräften besteht. Außerdem ist bei der Kombination der verwendeten Leitungen darauf zu achten, dass die Mantelwerkstoff e identisch sind. Da sich die Leitungen in der Bewegung ja immer wieder berühren und aneinander gleiten, könnte es ansonsten sein, dass sich der Mantel abreibt und die Leitung kaputt geht. „Das heißt, sowohl die Anwendung als auch die Art und Weise wie die Leitungen gemeinschaftlich geführt werden, haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Anwendung. Diese lässt sich durch die unterschiedlichen Aspekte nicht so eindeutig definieren, wie dies für lineare Leitungen mit unserem Lebensdauerrechner möglich ist. Um dennoch eine Bewertung basierend auf aussagekräftigen und vergleichbaren Testergebnissen zu ermöglichen, haben wir einen Standard für Torsionstests etabliert. Dabei tordieren wir alle Chainflex­Robot­Leitungen in unserem Testzentrum auf speziellen Anlagen unter realen aber reproduzierbaren Testläufen. Hierbei konzentrieren wir uns auf die Torsion in der Energiekette Triflex R. Die Roboterleitung wird innerhalb einer 1 m langen Triflex­Kette beidseitig befestigt und auf ±180° mindestens 5 Mio. Zyklen tordiert“, erläutert R. Habering die Vorgehensweise.
Als Ergebnis bietet Igus – abgestimmt auf die individuellen Ansprüche der Robotertechnik – über 100 verschiedene Roboterleitungsartikelnummern in acht Serien als Steuer­, Daten­, Bus­, Messsystem­, LWL­, Motor­ und Servoleitungen. Alle im Katalog bzw. im Produktportfolio enthaltenen Aderzahlen und Querschnittskombinationen sind ab Lager lieferbar. „Das ist absolut einzigartig in dieser Breite“, hebt R. Habering hervor. Das Produktportfolio wird entsprechend den Kundenanforderungen sukzessive weiterentwickelt. So arbeitet Igus aktuell an Hybridleitungen, die Servo­ und Datenleitungen enthalten. Ein Entwicklungsthema sind zudem Leitungen für Fügetechnik­Applikationen. Das ist dann interessant, wenn sich ein Roboter im Einsatz verschiedenster Werkzeuge bedient.
Bei der großen Auswahl die passende Leitung zu finden, ist kein Kinderspiel. Deswegen bietet Igus auch hier Hilfestellung. So liefert ein Konfigurator im Internet eine auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Auswahl. Weitere Bedürfnisse und Spezifikationen können dann mit dem deutschland­ und europaweit tätigen Außendienst abgestimmt werden. „Auch die Chat­Funktion auf unserer Homepage wird von unseren Kunden viel und gerne genutzt“, weiß R. Habering zu berichten.
Intelligente Leitung mit Warn-Funktion
Um die Ausfallsicherheit weiter zu erhöhen, hat Igus Smart Plastics entwickelt. Bei der Produktfamilie Isense machen unterschiedliche Sensoren und Überwachungsmodule die Kunststofflösungen intelligent. Sie erfassen im laufenden Betrieb den Verschleiß und geben Alarm, sobald eine Reparatur oder ein Austausch erforderlich ist. So sammelt das sogenannte CF.Q­Modul die Daten der intelligenten Chainflex­Leitungen. Durch kontinuierliche Messung der elektrischen Eigenschaften zweier zusätzlicher Adern in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und der Zyklenzahl wird ein möglicher Ausfall der Leitung rechtzeitig vorhergesagt. Neben Anlagenparametern wie Verfahrwege, Biegeradien und Geschwindigkeiten fließen natürlich auch die Merkmale des jeweiligen Chainflex­Typs in die Intelligenz mit ein. „Wir wissen, dass Bewegung, kleine Radien, Torsion und Temperatureinflüsse zum Ausfall führen können. Größter Unsicherheitsfaktor ist jedoch die falsche Installation sowie externe Ereignisse, zum Beispiel Metallspäne, die in der Produktion etwa bei einem Schraubroboter anfallen. Alle diese Fälle würden von Isense detektiert. Mit dieser Technologie sind wir sozusagen einer der Ersten am Markt, die Leitungen für Predictive Maintenance bereitstellen“, fasst R. Habering zusammen.
Fertig konfektioniert
Dass in der Robotik Leitungen separat bestellt werden, ist aber die Ausnahme. Stattdessen sind fertig konfektionierte Triflex­R­Pakete, inklusive Leitungen, Steckverbinder und Anbauteile gefragt. Das minimiert die Installationszeit und schließt Installationsfehler nahezu aus. Dafür bietet Igus ein umfassendes Produktportfolio. Der sogenannte Roboter­Baukasten umfasst rund 5 000 Produkte und Anbauteile für alle großen Roboterhersteller und Modelle – die teilweise auch gemeinsam mit dem Hersteller entwickelt werden.
„Unsere anschlussfertig konfektionierten Triflex­R­Readychain reduzieren die Anzahl der einzelnen Bestellungen, die Anzahl der Einzellieferanten sowie den Montageaufwand auf ein Minimum. Sie vermeiden unnötigen Lagerplatz und die Verschwendung von Ressourcen. Des Weiteren schaffen sie eine perfekte Schnittstelle und erhöhen den Wettbewerbsvorteil unserer Kunden“, hebt Jörg Ottersbach, Leiter Branchenmanagement Robotik bei Igus, hervor.
Wertvolle Hilfe bei der Auswahl der korrekten Roboterbauteile bietet das Konfigurations­Tool „Quick Robot“. Es umfasst zurzeit 79 gängige Robotermodelle, für die nach Hersteller und Typ eine entsprechende Triflex­R­Variante, das Zubehör sowie das Standard­Rückzugssystem RS gewählt und dann innerhalb von 3 s eine Stückliste generiert werden kann. Aktuell entwickelt Igus die Quick­RobotVersion 2. Bis Ende 2017 werden ca. 600 Robotertypen integriert sein. Zudem stehen dann neben dem RS auch pneumatische oder lineare Rückzugssysteme zur Auswahl.
Außerdem werden die fünf verschiedenen Varianten der mehrachsigen Energiekette Triflex R integriert, die speziell für anspruchsvolle sechsachsige Roboter­Anwendungen in rauen industriellen Umgebungen entwickelt wurde:

  • TRC = geschlossen, Späne abweisend,
  • TRE = leicht befüllbar,
  • TRCF = geschlossen, Späne abweisend, aufklappbare Kettenglieder,
  • TRL = offene Light­Version und
  • TRLF = offene Light­Version, aufklappbare Kettenglieder.

Die Typen gibt es mit verschiedenen Durchmessern von 30 mm bis 125 mm. „Mit dem definierten Torsionsanschlag pro Kettenglied, der hohen Zugfestigkeit durch die Kugelgelenke sowie den definierten Mindestbiegeradius schützen sie die oft teuren Leitungen zuverlässig. Nicht umsonst haben wir verschiedene Energieketten in enger Zusammenarbeit mit Automobilherstellern entwickelt, die bekanntlich besonders viele Roboter einsetzen und hohen Wert auf Produktivität legen“, schildert J. Ottersbach seine Erfahrungen.
Immer richtig unter Spannung
Da die Zugkraftübertragung, nicht über zusätzliche Stahlseile, sondern nach dem Trailer­Prinzip – vergleichbar einer Anhängerkupplung – realisiert wird, werden hohe Zugkräfte auf die Leitungen vermieden. Des Weiteren lässt sich Triflex R auf der gesamten Länge tordieren, was die Lebensdauer der eingelegten Leitungen und Schläuche erhöht. Vor allem in der Automobilindustrie habe man die Vorteile hinsichtlich einer robusten Medienzuführung frühzeitig erkannt. Der zuverlässige Kabelschutz sowie der modulare Aufbau sind letztlich wichtige Argumente für eine funktionierende Produktion.
Eine wichtige Komponente in der Robotik ist das Rückzugssystem. Es verhindert unerwünschte Schlaufenbildung im Arbeitsbereich des Roboters und kommt bei der Überbrückung der Achsen 3 bis 6 zum Einsatz. Für die Energieketten Triflex R hat Igus vier verschiedene Rückzugsysteme im Programm. „Das pneumatische Rückzugssystem RSP, bei dem die Rückstellkraft durch einen Pneumatikzylinder erzeugt wird, erlaubt die Einstellung der Rückzugskraft. Bei dem RSE­System wird die Rückzugskraft über technische Elastomerbänder erzeugt – diese Variante ist mit Umlenkrolle (Größe 40 und 50) sowie als lineares System (Größe 40 bis 125) verfügbar. Bei dem RS­Rückzugsystem wird die Rückzugskraft über Federstäbe erzeugt, die im Inneren der TRE­ und TRC­Serien integriert sind. Diese Variante eignet sich besonders für schmutzige und raue Umgebungsbedingungen und hat sich seit mehr als zehn Jahren unter härtesten Einsatzbedingungen bewährt“, erläutert J. Ottersbach. Als weitere Lösung zur Überbrückung der Achsen 3 bis 6 gibt es bei Igus das Federstabmodul. Bei diesem System werden ebenfalls Federstäbe in die Varianten TRE und TRC eingebracht. Dann wird das gesamte System mit einem Universalmontageset so auf der Achse 3 des Roboters ausgerichtet, dass eine Führung parallel zum Roboterarm stattfindet. Der letzte Bereich über der Roboterhand wird dann mittels einer normalen TRE/TRC weitergeführt, um die Bewegung der Handachsen zu realisieren – dieses Prinzip erinnert an eine Angelrute und bietet den Vorteil, dass kaum Kontakt mit dem Roboterarm besteht.
Wo geht es hin?
Igus entwickelt seine Leitungen und Energieketten ständig weiter. Schließlich ist es die Philosophie des Unternehmens, dass der Kunde im Mittelpunkt allen Handelns steht und ihm das Produkt zur Verfügung gestellt werden soll, was er braucht. So testen die Spezialisten in ihrem Labor aktuell das Verhalten einer Lowcost­Roboterenergiezuführung. Hinsichtlich der Materialauswahl will man dabei versuchen die Vorteile beider Zuführungstechnologien – Schlauch und Kette – zu vereinen. Zudem wird das Konfigurationstool Quickrobot zum Ende dieses Jahres erweitert. „Wir wollen, dass unsere Energieketten an alle möglichen Roboter befestigt werden können. Wir entwickeln ständig, fast schon täglich, neue Varianten und Komponenten, wie Anschlusselemente, Gleitdurchführungen, Anbindungen sowie Schnellwechseleinheiten, da ständig neue Hersteller hinzukommen – vor allem auf dem chinesischen Markt, aber auch in Deutschland. Zudem gibt es zahlreiche neue Start­up­Unternehmen für Roboter­Arme“, meint J. Ottersbach. (no)