Roboterleitungen in dynamischen Anwendungen
Herausforderung
und Chance
Schon heute sind Industrieroboter aus der Fertigung kaum noch wegzudenken – und ihre Einsatzgebiete nehmen stetig zu. Doch durch die permanenten Bewegungen der Roboter in der automatisierten Fertigung werden deren Leitungen in außergewöhnlich hohem Maß beansprucht. Eine besondere Herausforderung für Kabel- und Verbindungshersteller – aber auch eine Chance.
Im hauseigenen Testlabor testet Igus Leitungen mit zwei Milliarden Testzyklen pro Jahr – als Basis für eine 36-monatige Garantie auf alle Leitungen. (Bild: Igus GmbH)
Der Robotikverband International Federation of Robotics (IFR) prognostiziert, dass bis zum Jahr 2020 mehr als 1,7 Millionen Industrieroboter in den Fabriken dieser Welt ihre Arbeit verrichten. Ein riesiger Markt für Roboterhersteller. Doch damit die Versorgung der Roboter mit Daten und Energie zuverlässig gewährleistet ist, lohnt ein besonderer Blick auf die Leitungen, die alle 3D-Bewegungen des Roboters im Dauereinsatz mitmachen müssen. Dabei gilt: Roboterleitungen für Torsionsanwendungen sind grundsätzlich völlig anders zu konstruieren und zu fertigen, als Leitungen für lineare Bewegung. Letztere sind möglichst kompakt, eng verseilt und haben mit hohem Druck extrudierte Außenmäntel. Nur so können sie die Bewegungen der klassischen Energiekette nachvollziehen. Roboterleitungen benötigen hingegen Kraftausgleichselemente, lockere Verseilelemente, verschiedene Gleitebenen und völlig andere Schirmkonzepte, um die Lebensdauer über mehrere Millionen Torsionszyklen sicher zu stellen. Denn in der Robotertechnik sind die Leitungen ganz unterschiedlichen Bewegungsrichtungen ausgesetzt. So kann sich z.B. in Abhängigkeit des Torsionswinkels der Durchmesser des Verseilaufbaus verändern. Um die auf die Adern wirkenden Kräfte auszugleichen, werden die speziell für dynamische Torsionsanwendungen konstruierten Aderverbände beim Leitungsanbieter Igus mit Dämpfungselementen und Drehkräfte absorbierendem Flies aufgebaut. Besonders hoch sind die Anforderungen bei den geschirmten Varianten: Damit die auf die Schirmdrähte einwirkenden Kräfte nicht zu groß werden, legt Igus unter und über die Schirme Gleitelemente ein, die zum einem eine Bewegungsfreiheit des Schirmes zur Gesamtverseilung aber auch zum Außenmantel sicherstellt. Der Schirmaufbau wird dabei in Umlegung ausgeführt, und in Richtung der Umlegung besonders mit Dämpfungselementen realisiert. Diese weiche Konstruktionsweise gibt der gesamten Leitungskonstruktion die notwendige Bewegungsfreiheit, reduziert Zug- und Stauchkräfte und verhindert einen durch vorzeitigen Aderbruch entstandenen Maschinenstillstand.
Um Abrieb und Verschleiß zu reduzieren, hat Igus die Mantelwerkstoffe für seine Roboterleitungen auf den Kunststoff der Triflex-Energieketten abgestimmt. (Bild: Igus Gm bH)
Spezielle Energiekette für Roboterleitungen
Auf Basis des über 50-jährigen Kunststoff-Knowhows hat der Leitungshersteller die verwendeten Mantelwerkstoffe passend auf den Kunststoff der Roboterenergiekette Triflex R abgestimmt – und konnte so den Abrieb und Verschleiß deutlich reduzieren. Mit Triflex R TRCF hat Igus zudem ein geschlossenes Energierohr entwickelt, das auf einem Dreikammerprinzip beruht: Alle drei Kammern lassen sich unabhängig voneinander öffnen und schließen. Der Zuführschlauch wird in einer davon geführt und ist so vor Deformation weitgehend geschützt. Durch diesen Ansatz ist der Zuführprozess in jeder Achsstellung des Roboters zuverlässig möglich. Der Hauptaspekt für eine zuverlässige und betriebssichere Führung der Roboterleitungen und -schläuche ist das Einhalten der Mindestbiegeradien – wird dieser unterschritten, drohen kostenintensive Anlagenausfälle. Die Konstruktion der Triflex-R-Kette soll sicherstellen, dass in jeder Bearbeitungsposition des Roboters der vorgegebene Mindestbiegeradius eingehalten wird – ein umlaufender außen liegender Anschlag verhindert ein Abknicken. Des Weiteren wird durch den modularen Aufbau der Energiekette sichergestellt, dass ein Torsionswinkel je Kettenglied von rund ±10° nicht überschritten wird. Das hat den Vorteil, dass die Torsionsbelastungen der Leitungen auf die gesamte Länge verteilt werden und nicht wie bei anderen Systemen nur im Bereich der Zugentlastung. Gerade bei Anwendungen mit Zuführschläuchen wie beim Fließlochschrauben garantiert der definierte Mindestbiegeradius der Roboterenergiezuführung die Prozesssicherheit. Denn knickt der Zuführschlauch ab, wird die Versorgung der Schrauben am Werkzeug unterbrochen und der Prozess gestört.
CFRobot8.Plus ist eine Ethernet-Leitung aus dem Chainflex-Programm für 15 Millionen Torsionsbewegungen bis zu 360° an Sechsachsrobotern. (Bild: Igus GmbH)
Tests für planbare Sicherheit
Im Rahmen seines Chainflex-Kabelprogramms beschäftigt sich Igus seit über 25 Jahren mit den Anforderungen an bewegte Leitungen der Automatisierungs- und Robotertechnik. Eine große Zahl an Spezialleitungen für die Dauerbewegung in Enerigeketten und Torsionsanwendungen ist ab Lager verfügbar. Das Unternehmen verfügt zudem über ein 3.800m2 großes Testlabor für dynamische Leitungen. Dort werden z.B. die Leitungen vom Typ CFRobot bei kontinuierlicher elektrischer Überwachung der Aderwiderstände auf verschiedenen Prüfständen millionenfach tordiert. Die sicherlich größte Herausforderung in den Tests liegt in der schweren Reproduzierbarkeit der Lebensdauer auf jede andere denkbare Torsionsanwendung. Bei linearen Verfahrwegen in Energieketten können durch feste Parameter und bekannte Umwelteinflüsse die Lebensdauerlimits verlässlich vorhergesagt werden. Eine Prognose bei Anwendungen im Roboter ist jedoch wesentlich komplexer. Insbesondere ist der reine Bewegungsablauf häufig in der Zeit der Projektierung meist noch nicht komplett klar. Deswegen gilt vor allem eine Devise: testen, testen, testen. Alle Prüfergebnisse fließen letztendlich in eine Datenbank. Das ermöglicht – zusammen mit der umfangreichen Erfahrung in Sachen Kunststofftechnik – eine Garantie auf die mechanischen Eigenschaften der Chainflex-Leitungen von 36 Monaten. In der Folge werden Prozesse im Maschinenbau besser planbar. Sollte dennoch eine CFRobot-Leitung bei dem im Katalog vorgeschriebenem Einsatz ausfallen, liefert Igus sofort und kostenfrei eine neue Leitung. Anwender können Leitungen ab einem Meter bestellen und bekommen die Ware innerhalb von 24 Stunden geliefert. So sind Roboterhersteller und Anwender mit der CFRobot-Serie nicht auf teure Sonderleitungen mit langen Lieferzeiten angewiesen sind, sondern können einfach aus einem speziell für die Torsion entwickelten und getesteten Standardprogramm mit über 100 Leitungstypen ab Lager auswählen.
