Maschinenbauer GST setzt Inserts vollautomatisch in Kunststoff-Seitenspoiler von Lkws ein. Kern der Anlage ist ein Knickarm-Roboter mit Servoschrauber. Die Energieversorgung übernimmt ein 3D-bewegliches Führungssystem.
In den Anfängen im Jahr 1921 produzierte der Gründer des Unternehmens, der Modellbaumeister Eugen Gerstung, Modelle und Einrichtungen aus Holz für die Gießerei-Industrie. Heute umfasst das Leistungsspektrum der Harald Gerstung Systemtechnik GmbH (GST) den Modell- und Prototypenbau, Formen- und Werkzeugbau, Vorrichtungs- und Sondermaschinenbau, den Prüfmittelbau sowie die PUR-Kleinserienfertigung. Mit ihrem Know-how und den jahrelangen Erfahrungen ist GST starker Partner und Problemlöser der gesamten Automobil- und Zulieferindustrie.
Die Sondermaschinen aus dem Haus Gerstung entstehen entweder direkt nach Kundenspezifikationen oder nach Vorgaben, die zusammen mit dem Kunden erarbeitet wurden. So entwickelten die Mönchengladbacher für einen Zulieferer eines Nutzfahrzeugherstellers eine Anlage, mit der Lkw-Seitenspoiler aus Kunststoff für die Endmontage vorbereitet werden.
Dazu werden in die Spoiler Inserts, also Verbindungselemente mit einem Außengewinde und einem metrischen Innengewinde, eingesetzt. Hierfür werden die Inserts über Sortiereinheiten und Vereinzelungen lagerichtig bereitgestellt. Ein mit einem entsprechenden Servo-Schrauber ausgestatteter Knickarm-Roboter nimmt sie auf und schraubt sie in den Spoiler ein. Dabei müssen Drehmoment und Einschraubtiefe für drei verschiedene Spoiler-Typen exakt eingehalten werden. Eine weitere Herausforderung, die die Gerstung-Konstrukteuren lösen mussten: Die unterschiedlichen Produkte mit ihren jeweiligen Toleranzen sind so aufzunehmen, dass ein Roboter die Inserts prozesssicher verschrauben kann.
Der Fanuc-Roboter verfügt über eine Tragkraft von 45 kg. Diese relativ hohe Tragkraft wurde gewählt, weil durch die geforderten kurzen Taktzeiten mit hohen Geschwindigkeiten verfahren wird. So muss die komplette Belegung für die Spoiler beider Seiten mit maximal 22 Inserts (und bei einer Spoiler-Baureihe zwei zusätzlichen Bohrungen) in weniger als 160 s erfolgen. Und das bei Spoiler-Abmessungen von maximal 1200 mm x 850 mm.
Zur Versorgung des Servo-Schraubers mit fünf Steuer- und Energiekabeln sowie zwei Druckluftschläuchen wählte man bei Gerstung das dreidimensionale Energieführungssystem Robotrax des Herstellers Kabelschlepp. „Wir haben bereits über viele Jahre durchweg positive Erfahrungen mit anderen Kabelschlepp-Energieführungssystemen aus Kunststoff gesammelt“, erklärt Dipl.-Ing. Thomas Sikorski. Der Teamleiter Sondermaschinen und Vorrichtungsbau bei Gerstung weist darauf hin, dass GST das System Robotrax mit dieser Anlage zum ersten Mal einsetzt. Gleich auf Anhieb konnte Kapelschlepp mit diesem Energieführungs-System doppelt punkten. Das 3D-bewegliche Energieführungs-System überzeugte mit seiner Technik sowohl die GST-Konstrukteure als auch die internationale Jury beim iF Design Product Award 2006, die das System prämierte. So ist es mit Robotrax gelungen, Ergonomie, Funktionalität und Design in Einklang zu bringen.
Bei Kabelschlepp wurden vor mehr als 50 Jahren die ersten Energieführungsketten aus Stahl entwickelt, später kamen Kunststoffketten hinzu. Im Jahr 2002 stellten die Siegener auf der Hannover Messe unter der Bezeichnung Robotrax erstmals ein Energieführungssystem für dreidimensionale Bewegungsabläufe vor. Im folgenden Jahr kamen vier weitere Größen hinzu. Aktuell umfasst das Robotrax-Programm nun die Außendurchmesser 40, 56, 75, 85 und 100 mm. Für die Gerstung-Anforderungen genügte die mittlere Größe mit 75 mm Durchmesser.
Dabei zeichnet sich das Energieführungssystem durch eine sehr einfache und zeitsparende Montage aus: die Grundelemente – einzelne, kreisrunde Glieder mit einer kugelförmigen Schnappverbindung auf beiden Seiten – werden einfach ineinander geklippst. Die bei Knickarm-Robotern auftretenden hohen Beschleunigungskräfte fängt eine in der Mitte der Kette liegende Stahlseil-Seele ab. Robotrax verträgt so Beschleunigungen von bis zu 10 g. Bei anderen marktgängigen Systemen, die zum Beispiel mit einer reinen Kugelgeometrie ausgestattet sind, neigen die Gelenke im Laufe der Zeit durch Verschleiß zum Ausschnappen. Dagegen stellt die Robotrax-Gelenkkonstruktion durch das innen liegende Drahtseil die Betriebssicherheit bei der Kraftübertragung auch bei hohen Laufzeiten und langer Lebensdauer sicher.
Das Stahlseil bietet auch die Möglichkeit des Nachstellens. Weiterhin verleiht es dem System selbst im Schadensfall die nötigen Notlaufeigenschaften. Die Spannung des Drahtseils kann je nach Anwendung eingestellt werden und dient so der notwendigen Leichtgängigkeit.
Die Kabel werden anschließend von außen in eine der drei Kammern eingelegt. Durch die offene Konstruktion von Robotrax ist jederzeit eine optische Kontrolle der Kabel auf eventuelle Beschädigungen oder Abnutzungserscheinungen möglich. So können einzelne Leitungen ausgetauscht werden, bevor ein Schaden und damit Maschinenstillstand auftritt. Mit den speziell für diese Energieführungskette entwickelten Schnellspannhaltern, die auch bei der Gerstung-Anlage verwendet werden, lässt sich die Energieführung an jedem beliebigen Kettenglied am Roboter befestigen.
Zur Wartung lassen sich die Befestigungselemente durch Ziehen eines Stiftes ohne spezielles Werkzeug öffnen. Falls notwendig, kann auch das komplette System in Minutenschnelle ausgewechselt werden – ohne aufwendiges Schrauben, ohne Austausch von Kabelbindern: die Befestigungselemente werden geöffnet, das System herausgenommen und ein neues System installiert –, wobei die Anlage weiterlaufen kann. Zusätzlich sind bei Gerstung die Schnellspannhalter auf einem Drehteller montiert, der durch einen weiteren Freiheitsgrad speziell bei komplexen Bewegungen des Roboters eine noch größere Flexibilität ermöglicht.
Robotrax eignet sich sowohl für Schwenk- als auch für Drehbewegungen, so dass sich alle Energieführungsaufgaben an einem Knickarm-Roboter mit einem einzigen System erfüllen lassen. Ergänzt wird das System durch eine Reihe von Zubehörkomponenten wie Anschlagschutz, Hitzeschilder, Spannstücke zum schnellen und einfachen Spannen des Stahlseils, Krümmungsradien-Bestimmer zum Einstellen eines größeren als dem Standard-Krümmungsradius sowie Zugentlastungen für die sichere Fixierung der Leitungen.
Als weiteres Zubehör gibt es ein einfaches Kanalsystem für Robotrax. Das System für rundlaufende Anwendungen ist aus Edelstahlblechen konstruiert und lässt sich sehr einfach individuellen Innendurchmessern angepassen. Das Kanalsystem ist eine preisgünstige Lösung mit geringer Bauhöhe und -breite. Mit dem ab Lager lieferbaren Robotrax bietet es eine universelle Alternative zum klassischen Rundläufer. Teure Sonderanfertigungen mit rückwärtigem Krümmungsradien und aufwändigen Nachbearbeitungen entfallen. Das Kanalsystem ist ideal für alle Drehbewegungen bis 402° und eignet sich für Industrieroboter, Drehtische und Montagevorrichtungen. Einfacher Aufbau, kurze Lieferzeiten und das Preis-Leistungsverhältnis runden das positive Gesamtbild ab.
Ingelore Roth-Stahl Kabelschlepp, Siegen
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