Mit dem Roboter schnell zum CFK-Gelege

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Fit gemacht für den industriellen Serieneinsatz wird das Verfahren im Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) in Stade. Hier entwickelte und betreibt das ZLP eine dazu fähige Pilotanlage namens Grofi. Das Kürzel steht für den Begriff Großbauteilfertigung im Fiberplacement-Verfahren: Maximal 20 m lange Faserverbundbauteile können auf der Grofi-Anlage hergestellt werden. Gebaut hat sie der Maschinenhersteller MAG zusammen mit der als Automatisierungspartner fungierenden Siemens AG. Ein passender Autoklav, der diese großen CFK-Gelege zum fertigen Bauteil aushärten kann, steht außerdem gleich nebenan bereit.

Flexibel nutzbare Methode mit hoher Ablegeleistung

Grofi bietet gleich acht Robotern einen anspruchsvollen Arbeitsplatz. Die maximale Ablegegeschwindigkeit, die auf diese Weise erreicht werden kann, liegt bei 60 m/min; dabei verarbeiten die Ablegeköpfe bei dem Fiberplacement-Prozess maximal 16 unabhängige Faserstränge, sogenannte Tows, gleichzeitig.

Von einem Wartungsbereich aus fahren die Roboter zu ihren Einsatzorten auf den beiden Seiten einer Formträgereinheit. Auf ihnen sind Formwerkzeuge für die CFK-Ablage montiert, und zwar statisch oder auch drehbar, zwischen einem Spindelkopf und einer verfahrbaren Aufnahme.

Das Schwenken der eingespannten Formwerkzeuge vergrößert zusätzlich die effektive Reichweite der Roboter für das Ablegen, und die kontinuierliche Drehung der Form ermöglicht darüber hinaus das Wickeln der Prepregs zu Hohlkörpern. Benötigen die Formwerkzeuge nicht die volle Anlagenlänge, können auch mehrere Formwerkzeuge gleichzeitig eingespannt werden. Die Anordnung der Roboterschienen um das Formträgersystem sorgt dafür, dass sowohl der beidseitige positive oder negative Gelegeaufbau auf einem Formwerkzeug als auch das parallele einseitige Bearbeiten mehrerer Formen stattfinden kann.

Bei Bedarf können mehrere Roboter ein Werkstück außerdem gemeinsam bearbeiten. Kleinere Gelege können aber auch nur von einzelnen Robotern aufgebaut werden. Die Verlegeleistung der Anlage lässt sich dadurch sehr flexibel und bedarfsgerecht ausnutzen.

Ablegebahn ist als TCP-orientierte Werkzeugbewegung programmierbar

Compilezyklen setzen die im Teileprogramm vorgegebene Verlegebahn um. Die eingesetzten Roboter vom Typ Kuka KR500-2 sind bereits ab Werk mit Siemens-Motoren ausgestattet. Zusätzlich besitzen die Roboter der Grofi-Anlage in allen Achsen hochauflösende Absolutwertgeber. So erreichen die Motoren die geforderte Präzision bei der Bewegung. Die Referenzfahrt bei Arbeitsaufnahme entfällt dabei und es stehen fein aufgelöste Istwerte für die adaptive Schwingungsdämpfung der Sinumerik 840D sl zur Verfügung.

Die CNC-Systeme fahren mit dem Roboter mit und übernehmen die gesamte Steuerung des Ablegeprozesses. Die Ablegebahn wird einfach als Tool-Center-Point-(TCP)-orientierte Werkzeugbewegung programmiert – wie bei fünfachsigen Werkzeugmaschinen.

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