Robuste Portalträger für den flexiblen Einsatz von Robotern

Ausgeklügelter Stahlbau

Um Karosseriebleche auf engem Raum zu verschweißen, benötigen Automobilhersteller kompakte Roboter, die schwere Bauteile zuverlässig bearbeiten. Portalträger dienen beispielsweise Schweißrobotern als Aufständerung. Durch die hohe Bauweise der Anlage lassen sie sich leicht in die bestehende Serienfertigung integrieren.

Bei dem Portalträger von Leantechnik dient die obere Portalachse als Linearachse, die den eingesetzten Sechsachs-Knickarmroboter horizontal verfährt. (Bild: Leantechik AG)

Ohne Roboter geht in der Automobilindustrie nichts mehr. Vorzugsweise im Karosseriebau sind sie anzutreffen. Sie schweißen oder verkleben die Bauteile exakt und mit Hochgeschwindigkeit – rund um die Uhr, sieben Tage die Woche. Die Roboter müssen oft auf engem Raum agieren. Selbst für Sechsachser bedeutet das extreme Dreh- und Knickbewegungen. Reinhard Meltsch kennt die Herausforderungen, die mit dem Platzmangel einhergehen: „Um jeden zur Verfügung stehen Millimeter zu nutzen, sind in der Automobilfertigung kreative Lösungen gefragt“, meint der zuständige Konstruktionsleiter von Leantechnik. „Vor allem, wenn große Bauteile auf engen Raum bearbeitet werden müssen“, betont er. Sollen dann noch unterschiedliche Karosserietypen auf ein und derselben Anlage gehandhabt werden, braucht es eine Konstruktion, die den in der Automobilfertigung auftretenden Kräften widersteht. Dazu Meltsch: „Stabil und in sich steif muss das Portal stehen, denn davon hängt die Genauigkeit der Arbeit ab.“ Leantechnik ist spezialisiert auf die Automatisierung solcher Montage- und Handlingprozesse. Auf Basis lineargeführter Zahnstangengetriebe konstruieren Meltsch und sein Entwicklungsteam maßgeschneiderte Anlagen, die Horizontal- und Vertikalhübe auf mechanischer Basis miteinander kombinieren.

Robuster Portalträger für die Automobilindustrie

An einem Portalträger für Roboter zur Bearbeitung von Karosseriebauteilen, den das Unternehmen für einen Automobilhersteller entwickelt hat, wird deutlich, wie der Spagat gelingt: Die Anlage steht auf vier Säulen und dient einem Schweißroboter als Aufständerung. Realisiert hat den Portalträger das Team der Produktsparte Leantranspo. Das Portal und der installierte Roboter bilden eine Einheit, der Bodenbereich bleibt frei. Die obere Portalachse fungiert als Linearachse, die den Sechsachs-Knickarmroboter horizontal verfährt. Auf beiden Seiten fixiert jeweils eine Bodenplatte die verbundenen Säulenfüße. Die Anlage trägt bis zu 2,5t und liefert auch bei großen Bauteilen hohe Präzision auf der Linearachse. Meltsch hierzu: „Aufgrund unseres ausgeklügelten Stahlbaus erreichen wir ein hohes Maß an Biegesteifigkeit und können die auftretenden Querkräfte in der Anlage effektiv ausgleichen.“ Ein weiterer Vorteil: Die zu tragenden Lasten lassen sich über die obere Portalachse gut abfangen. Die robuste Ausführung der Säulen verhindert, dass die Dynamik der oben laufenden Achse Schwingungen in den gesamten Aufbau einbringt.

Ausgestattet mit zusätzlichen Führungswagen eignet sich das Zahnstangengetriebe Lifgo Linear speziell für lange Hubwege. (Bild: Leantechnik AG)

Beim Schweißen exakt in Position

Gefahren wird im Portal ein Hub von 1.325mm mit einer Geschwindigkeit von 1m/s. Bis zu 120 Doppelhübe pro Stunde sind möglich. Zwei Lifgo-Linear-5.3-Getriebe gewährleisten die horizontale Bewegung des Roboters auf der Linearachse. Mit seiner Vierfach-Rollenführung zeichnet sich das zahnradgetriebene Linearmodul durch eine große Hubkraft von 15.900N aus. „Die Baugröße 5.3 der Getriebe ist speziell für Anwendungen mit langen Hubwegen konzipiert worden, wie sie bei Portalen auftreten. Die Linearzahnstangen werden dafür hintereinander angeordnet und mit zusätzlichen Führungswagen als Drehmomentstütze ausgestattet“, erläutert Meltsch das Prinzip, das sich hinter der Konstruktion verbirgt. Das gewährleistet, dass sich der Roboter selbst bei hohen Geschwindigkeiten und auftretenden Querkräften mit hoher Positioniergenauigkeit verfahren lässt. Die Gehäuse der Linearmodule sind standardmäßig mit Gewindebohrungen an allen Seiten versehen, sodass sich problemlos Aufnahmen für Werkstückträger oder andere Anbauten montieren lassen. Die Gewindebohrungen auf der Rückseite der Zahnstangen gestatten zudem die Montage auf Trägerprofilen.

Anlagen nach Maß auf Basis kombinierbarer Getriebe

Das Sortiment von Leantranspo-Anlagen ist fein abgestimmt und wächst ständig. Die Pick&Place-Anlagen, Präzisionshubtische, Sortier- oder Kommissionieranlagen kommen in verschiedenen Branchen zum Einsatz – von der Automobilindustrie bis hin zur Lebensmittel- und Chemieindustrie. Meltsch sagt: „In mehr als zwei Jahrzenten konnten wir uns in enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden umfassendes Know-how aneignen. So sind wir mit unserem Engineering in der Lage, roboterbasierte Lösungen und Produkte anzubieten, die speziell auf die Anforderungen vor Ort zugeschnitten sind.“ Die Grundlage aller Entwicklungen sind die robusten Lifgo- sowie die für einfachere synchrone Hubbewegungen ausgelegten Lean-SL-Getriebe. Mit den beiden Serien steht ein Baukastensystem mit insgesamt 18 belastbaren und langlebigen Getrieben in je drei Baugrößen zur Verfügung, die sich für variable Aufgaben innerhalb einer Applikation kombinieren lassen. Beide Varianten arbeiten mit einer lineargeführten Zahnstange. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen mehreren Getrieben oder mit den Antriebskomponenten wird mittels Profilwellen hergestellt. Die Version 5 ist in vier Varianten erhältlich: Lifgo, Lifgo Linear, Lifgo Doppel und Lifgo Linear Doppel. Diese stehen in den Baugrößen 5.0, 5.1 und 5.3 teilweise auch als Excenter-Version zur Verfügung und bilden eine Serie von zwölf Getrieben. Speziell für schwere Lasten konzipiert ist die Sonderbaugröße 5.4. Wie alle Getriebe der Produktreihe wird sie hohen Ansprüchen an Hubkraft, Geschwindigkeit und Positioniergenauigkeit gerecht. Faktoren, die auch bei dem Portalträger für Roboter eine zentrale Rolle spielen. „Die Portalbauweise macht ihn zur geeigneten Lösung für Einsatzgebiete, wo sich Bauteile nur von oben bearbeiten lassen. Wenn man von den Säulen einmal absieht, ist der Produktzulauf von allen Seiten und aus allen Richtungen möglich“, fasst Meltsch die Leistungsmerkmale des Portals zusammen. Der konstruktive Aufbau der Anlage ermöglicht es dem Roboter, jede beliebige Position anzufahren und jede beliebige Bewegung im Arbeitsraum auszuführen. „Und wo sein Arm zu kurz ist, unterstützt ihn das Portal als siebte Achse“, so das Fazit des Konstruktionsleiters.