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Roboterleitungen

Roboter störungsfrei mit Daten versorgen

| Autor/ Redakteur: Matthias Meyer / Mag. Victoria Sonnenberg

Die Einsatzgebiete von Industrieroboter nehmen stetig zu. Durch die permanenten dreidimensionalen Bewegungen in der automatisierten Fabrik werden die Leitungen, die den Roboter versorgen extrem beansprucht. Eine besondere Herausforderung für Kabel- und Verbindungshersteller.

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Aufgrund des über 50jährigen Kunststoff-Know-Hows Erfahrung wurden die Mantelwerkstoffe optimal auf den Kunststoff der triflex R Roboter-Energiekette abgestimmt – und konnten so den Abrieb und Verschleiß auf ein Minimum reduzieren.
Aufgrund des über 50jährigen Kunststoff-Know-Hows Erfahrung wurden die Mantelwerkstoffe optimal auf den Kunststoff der triflex R Roboter-Energiekette abgestimmt – und konnten so den Abrieb und Verschleiß auf ein Minimum reduzieren.
(Bild: Igus GmbH)

Im letzten Jahr hat der Absatz von Industrierobotern die Marke von 380.000 Stück überschritten, ein neuer Rekordwert. Ein riesiger Markt für Roboterhersteller – und das weltweit. Damit die Versorgung der Roboter mit Daten und Energie störungsfrei gewährleistet ist, lohnt ein besonderer Blick auf die Leitungen, die die 3D-Bewegung des Roboters in der Dauerbewegung „mitmachen“ müssen. Dabei gilt: Roboterleitungen für Torsionsanwendungen sind grundsätzlich völlig anders zu konstruieren und zu fertigen, als Leitungen für lineare Bewegung. Diese sind möglichst kompakt, eng verseilt und haben mit hohem Druck extrudierte Außenmäntel. Dies ist insofern wichtig, da durch diese besondere „harte“ Konstruktion die Leitung die Bewegungsform der Energiekette nachvollziehen kann.

Lebensdauer sicher stellen

Roboterleitungen dagegen benötigen Kraftausgleichselemente, lockere Verseilelemente, verschiedene Gleitebenen und völlig andere Schirmkonzepte, um die Lebensdauer auch nach mehreren Millionen Torsionsbewegungen sicher zu stellen. Denn in der Robotertechnik sind die Leitungen den unterschiedlichsten Bewegungsrichtungen ausgesetzt. So kann sich tatsächlich zum Beispiel in Abhängigkeit des Torsionswinkels der Durchmesser des Verseilaufbaus verändern.

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Um die auf die Adern wirkenden Kräfte auszugleichen, werden die, speziell für den Einsatz in dynamischen Torsionsanwendungen konstruierten Aderverbände beim Leitungsspezialisten Igus mit Dämpfungselementen und Torsionskräfte absorbierendem Flies aufgebaut. Besonders hoch sind die Anforderungen bei den geschirmten Varianten: Damit die auf die Schirmdrähte einwirkenden Kräfte nicht zu groß werden, legt der motion-plastics-Spezialist unter und über die Schirme Gleitelemente ein, die zum einem eine Bewegungsfreiheit des Schirmes zur Gesamtverseilung aber auch zum Außenmantel sicher stellt. 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. Für die chainflex „CFRobot“-Serie garantiert Igus bei Torsionsanwendungen mit einem Torsionswinkel bis zu ± 180° eine Lebensdauer von mindestens fünf Millionen Zyklen oder 36 Monate, je nach dem, was zuerst eintritt.

Mit der Energiekette Roboterleitungen optimal schützen

Aufgrund des über 50jährigen Kunststoff-Know-Hows wurden die Mantelwerkstoffe optimal auf den Kunststoff der triflex-R-Roboter-Energiekette abgestimmt – und konnten so den Abrieb und Verschleiß auf ein Minimum reduzieren. Mit der triflex R TRCF ein geschlossenes Energierohr entwickelt, das auf einem Dreikammerprinzip beruht: Alle drei Kammern der TRCF lassen sich unabhängig voneinander öffnen und schließen. Der Zuführschlauch wird in einer der drei Kammern des Energierohrs geführt und ist so vor Deformation weitestgehend geschützt. Auf diese Weise 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 Igus triflex R stellt sicher, dass in jeder Bearbeitungsposition des Roboters der vorgegebene Mindestbiegeradius eingehalten wird – ein umlaufender außen liegender Anschlag verhindert ein Abknicken über das Mindestbiegeradienmaß hinaus.

Des Weiteren wird durch den modularen Aufbau der Igus triflex R sichergestellt, dass ein Torsionswinkel je Kettenglied von circa ± 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 Roboteranwendungen mit Zuführschläuchen wie beim Fließlochschrauben garantiert der definierte Mindestbiegeradius der Roboterenergiezuführung triflex R die Prozesssicherheit. Denn knickt der Zuführschlauch ab, wird die Versorgung der Schrauben am Werkzeug unterbrochen und der Prozess gestört.

Tests bieten planbare Sicherheit und reduzieren Kosten

Igus verfügt über ein 2750 m² großes Testlabor, dem weltgrößten Labor für dynamische Leitungen. Dort tordiert Igus die chainflex CFRobot-Leitungen bei kontinuierlicher Messung der Aderwiderstände auf verschiedenen Prüfständen millionenfach. Die sicherlich größte Herausforderung in den Tests liegt in der schweren Reproduzierbarkeit der Lebensdauer auf jede noch denkbare mögliche Torsionsanwendung. Wo bei linearen Verfahrwegen in Energieketten durch feste Parameter und bekannte Umwelteinflüsse die Lebensdauerlimits verlässlich vorhergesagt werden können, sind die Anwendungen im Roboter zumeist wesentlich komplexer.

Insbesondere ist der reine Bewegungsablauf häufig in der Zeit der Projektierung meist noch nicht komplett klar. Deswegen gilt vor allem hier für den Leitungsanbieter: testen, testen, testen. Alle Testergebnisse fließen bei Igus in eine Datenbank. Dies ermöglicht – zusammen mit unserer jahrzehntelangen Erfahrung in der Kunststofftechnologie – eine Garantie auf die mechanischen Eigenschaften der chainflex-Leitungen von 36 Monaten. Dadurch werden die Prozesse im Maschinenbau präzise 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 haben Roboterhersteller und Anwender mit der CFRobot-Serie den großen Vorteil, dass sie eben nicht auf teure, Sonderleitungen mit langen Lieferzeiten angewiesen sind, sondern einfach aus einem speziell für die Torsion entwickelten und getesteten Standardprogramm mit über 100 Roboterleitungstypen ab Lager auswählen können.

Predictive Maintenance: Die Industrie 4.0 störungsfrei bewegen

Einen Blick in die nahe Zukunft der Robotikleitungen zeigen die „smart plastics“ von Igus. Die intelligente Leitung erweitert die Möglichkeiten zu vorausschauender Wartung. Die intelligente Leitung überwacht sich permanent selbst und warnt rechtzeitig vor Ausfall. Das Angebot mit dem Namen isense besteht aus unterschiedlichen Sensoren und Überwachungsmodulen.

Durch die Vernetzung mit dem Igus Communication Modul (icom) erfolgt die direkte Integration in die Infrastruktur des Kunden. isense ist in der Lage, die Lebensdauer der eingesetzten Leitung zu überwachen. Durch permanente Zustandsmessungen und das Gegenrechnen mit den Parametern der Anlage sowie den tausenden Versuchsdaten aus dem Testlabor lässt sich auch im Realbetrieb das reibungslose Funktionieren zuverlässig vorhersagen. Werden Messwerte überschritten, melden die intelligenten Produkte frühzeitig die verbleibende Restlaufzeit, was eine geplante Wartung und Austausch ermöglicht. Optional lässt sich isense an das Igus Datacenter anbinden und eröffnet dadurch weitere digitale Möglichkeiten: individuelle Lebensdauerberechnung und Optimierung von Geschäftsprozessen. Hierzu gehören beispielsweise Wartungsbeauftragung oder Ersatzteilbestellung. So werden durch die elektronische Intelligenz Wartungskosten noch weiter gesenkt und Anlagenverfügbarkeiten erhöht.

* Matthias Meyer bei Leiter Branchenmanagement Automotive & Robotics bei der Igus GmbH in 51147 Köln, Tel. (0 22 03) 96 491 61, mmeyer@igus.net

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