Robotik Roboter stapelt präzise Carbonfaserzuschnitte

Für einen Kunden aus dem Automobil- und Flugzeugbau wurde eine vollautomatisierte Fertigungsanlage zur Herstellung von Carbon-Leichtbauteilen konstruiert. Ein Roboter gewährleistet durch seine Wiederholgenauigkeit die hohe Stabilität der Produkte.

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ABB Automation GmbH, UB Robotics

Leichtbau – das bedeutet minimales Gewicht bei maximaler Stabilität. Diese Attribute nehmen vor dem Hintergrund strengerer CO₂-Auflagen und von mehr Kraftstoffeinsparung einen immer größeren Stellenwert in der Transportindustrie ein. Besonders beliebt ist deshalb der Einsatz von Carbon, einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff – ultraleicht und sehr belastbar, aber auch teuer in der Anschaffung.

Mehr und mehr Unternehmen der Flugzeug-, Bahn- und Automobilindustrie setzen daher auf das Hightechmaterial. Allerdings ist seine Verarbeitung in vielen Teilschritten bisher wenig automatisiert. Deutliche Vorteile in Sachen Taktzahl und Fehlerminimierung kann hier die robotergestützte Automatisierung bieten.

Davon ist Schmidt & Heinzmann überzeugt. Als das Unternehmen beauftragt wurde, eine vollautomatisierte Anlage zur Fertigung von Carbonbauteilen zu konstruieren, stand außer Frage, dass eine Roboterlösung in den Prozess integriert werden muss.

In der neuen Fertigungszelle sollten mehrere Schneidtische verkettet werden, um Carbonfaserzuschnitte zu präzisen Stapeln zusammenzusetzen, bevor die sogenannten Stacks mittels RTM-­Pressen dauerhaft verbunden werden. Zur Verkettung der Schneidtische entschied man sich für den 6-Achs-Industrieroboter IRB 6700 von ABB – angebracht auf einer knapp 9 m langen ABB- Bodenverfahrachse des Typs IRBT 6004.

Sobald der Werker jeden Schneidtisch von außen mit den auf Rollen gewickelten Carbonfasermatten bestückt hat, fertigen diese die Zuschnitte exakt nach Kundenanforderung.

Dann kommt der IRB 6700 von ABB ins Spiel. Der Großroboter gehört zu den leistungsfähigen Robotern mit niedrigen Gesamtbetriebskosten in der 150- bis 300-kg-­Klasse. Durch seine Positionswiederholgenauigkeit und kurzen Zykluszeiten eignet er sich, wenn es um das präzise Handling von Carbonfasern geht. Über die Bodenverfahrachse sammelt er die Carbonfaserzuschnitte ein und legt sie in der definierten Reihenfolge millimetergenau aufeinander ab. Wichtig dabei: Die Ausrichtung der Fasern muss bei jedem Zuschnitt anders sein.

Denn: Damit das spätere Carbonbauteil seine Materialeigenschaften optimal ausspielen kann, müssen die einzelnen Zuschnitte präzise und in einer fest definierten Reihenfolge aufeinandergelegt werden. Schon bei Winkelabweichungen von nur 5° verliert das Bauteil 60 % seiner Stabilität. Roboter sorgen hier für die notwendige Präzision und Zuverlässigkeit und entlasten letztlich auch den Werker. „Solch repetitive und eintönige Aufgaben führen schnell zur Ermüdung und stellen zudem eine körperliche Belastung dar“, weiß Matthias Feil, Geschäftsführer von Schmidt & Heinzmann.

„Fehler sind bei manuellen Prozessen, die unser Kunde bisher anwendete, ebenfalls schnell vorprogrammiert. Schon ein vertauschter Zuschnitt oder ein mit Versatz zusammengelegter Stapel führen zum Ausschuss des gesamten Stacks – vor dem Hintergrund der hohen Materialkosten kann dies zu einer teuren Angelegenheit werden.“ Anschließend werden die Lagen per Ultraschallschweißen für den weiteren Transport punktuell verbunden. Nur so können die hohen Kundenanforderungen in Bezug auf die Taktzeit erfüllt werden.

Sicherstellen einer hohen Anlagenverfügbarkeit

Eine unverzichtbare Rolle spielt die robotergestützte Automatisierung auch, wenn es darum geht, die Anlagenverfügbarkeit hoch zu halten. „Im späteren Einsatz wird die neue Anlage im Zweischichtbetrieb laufen – auch samstags. Und Zeit ist Geld: Aufgrund der hohen Auslastung können ungeplante Stillstände teuer zu Buche schlagen“, so Feil weiter.

Ein Grund mehr, warum die ABB-Lösungen hier zum Einsatz kommen: Der IRB 6700 weist etwa eine längere Betriebsdauer als Vergleichsmodelle auf. Seine mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) ist mit 400.000 Betriebsstunden kalkuliert.

„Wir haben während der Projektphase einige Anpassungen hinsichtlich Soft- und Hardware vorgenommen sowie verschiedene Greiferkonzepte erarbeitet. Hier war es schnell und flexibel möglich, die Konfiguration des Roboters anzupassen und den von uns entwickelten Vakuumgreifer schnell zum Einsatz zu bringen“, so Feil abschließend.

* Dipl.-Ing. Tilo Rauch ist Senior Sales Local Business Lines bei der ABB Automation GmbH in 61169 Friedberg, Tel. (0 60 31) 85-0, robotics@de.abb.com

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