Mit viel Power im Oberarm in den Ring

Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Bernhard Reichenbach bernhard.reichenbach@konradin.de

Die modern ausgestattete Werksniederlassung im nordtschechischen Chomutov bot für die Obernburger Reis GmbH & Co. Maschinenfabrik die geeignete Kulisse, um ihren neuen, speziell für die Laserbearbeitung entwickelten Knickarm-Roboter RV6L-CO2 vorzustellen. Dessen Vorteil: Anders als bislang üblich, ist die mitgeführte CO2-Strahlquelle nicht auf dem Unterarm – der Achse 3 – des stählernen Helfers, sondern seitlich an dessen Oberarm – der Achse 2 – angebracht. Durch die höhere Tragfähigkeit des Oberarms kann der im Vergleich zu Festkörperlasern kostengünstigere Gaslaser nun größer und damit leistungsstärker sein als bisher.

Am Unterarm wurden bislang nur Laser mit maximal 80 kg Masse und einer Ausgangsleistung von 500 W eingesetzt. „Diese Anordnung begrenzte durch die resultierenden hohen Massenbeschleunigungen die Bewegungsdynamik – Geschwindigkeiten und Beschleunigungen – sowie das Genauigkeitsverhalten des Roboters“, erläutert Dipl.-Ing. Axel Fischer, Bereichsleiter Entwicklung. „Zudem wirkte sich das große Bauvolumen wegen der Störkonturen im Arbeitsraum teilweise negativ aus.“

Durch die Platzierung seitlich am Schwenkarm der Achse 2 und nahe an der Roboterbasis können nun bis zu 400 kg schwere Strahlquellen mitgeführt werden, ohne den nutzbaren Arbeitsraum negativ zu beeinflussen. „Die Dynamik des Roboters wird infolge der günstigen Massenanordnung kaum beeinträchtigt“, betont Fischer. Die geringeren auf den Laser wirkenden Beschleunigungen sollen sich positiv auf dessen Lebensdauer auswirken.

Um großvolumige Werkstücke auch auf der dem Roboter abgewandten Bauteilseite ohne Kollisionsgefahr bearbeiten zu können, wurde der Oberarm des Roboters winkelförmig abgekröpft gestaltet. Bei der neu entwickelten integrierten Strahlführung gelangt der Laserrohstrahl durch die Drehachsen 3 bis 5 zur Roboterhand. „Hierzu sind lediglich vier Spiegel erforderlich, die über kardanische Aufhängungen leicht justierbar sind“, merkt Fischer an. „Die Spiegel sind jeweils fremdgekühlt und erreichen dadurch sehr hohe Standzeiten.“ Der Innenraum der Strahlführung ist komplett gekapselt, so dass keine Partikel eindringen können.

Ab der Achse 3 bis zur Roboterhand wurde die mechanische Struktur des RV6L-CO2 besonders schlank und leicht ausgeführt. Durch die geringen zu bewegenden Massen steigen die Geschwindigkeiten der Handachsen in Achse 4 von bisher 270°/s auf 700°/s und in Achse 5 von 400°/s auf 750°/s. Der modular konzipierte Roboter besitzt in der Basisausführung eine Reichweite von 2500 mm. Neben CO2-Lasern können seine Vorteile auch bei den fasergeführten Festkörper- und Diodenlasern genutzt werden.

Technik und Konzept des Roboters erlauben es, den erstmals auf der Messe Laser 2003 präsentierten diffusionsgekühlten CO2-Laser TCF 1 des Kooperationspartners Trumpf GmbH + Co. KG, Ditzingen, mit einer Leistung von 2 kW einzusetzen (vgl. S. 28). Mit einem Volumen von 0,35 m3 und 250 kg Masse ist dies die kompakteste und leichteste Strahlquelle in dieser Leistungsklasse.

Potenzielle Anwendungsgebiete der Kombination Reis-Roboter/Trumpf-Laser liegen im Bearbeiten nichtmetallischer Werkstoffe wie Kunststoff. Mit der hohen Strahlqualität von K = 0,9 eignet sich der Laser aber auch für die Dünnblechbearbeitung. „Je nach Anwendungsgebiet lassen sich mit der Kombination die Prozess- oder Bearbeitungsgeschwindigkeiten mehr als verdoppeln“, hebt Fischer hervor.

Aufgrund ihres begrenzten Arbeitsraumes und der limitierten Genauigkeit eignen sich Knickarmroboter für manche Aufgaben nur bedingt. Abhilfe soll ein neues 5-achsiges Flächenportalsystem für hochpräzise Laseranwendungen schaffen, mit dem Reis Robotics seine Produktpalette erweitert. Die laut Hersteller kostengünstige Einrichtung ist in den Grundachsen mit Linear- Direktantrieben ausgestattet, um Bahngenauigkeiten von unter 0,05 mm zu erreichen.

Konzipiert ist das modulare Portalsystem für folgende Anwendungsgebiete:

Die Anlage lässt sich in den Hublängen der einzelnen Grundachsen der jeweiligen Aufgabenstellung anpassen und sowohl mit CO2- als auch mit fasergeführten Lasern ausrüsten. Die Strahlquellen werden je nach Typ und Anwendung auf dem Robotersystem mitgeführt oder stationär aufgebaut.

Die weltweit agierende Reis GmbH & Co. Maschinenfabrik, Obernburg, produziert mit etwa 1000 Mitarbeitern Roboter, Tuschierpressen für Formenbauer sowie Entgratpressen samt Peripherie. An den Fertigungsstandorten Obernburg und Chomutov/Tschechien sind 700, respektive 120 Personen beschäftigt. 2002 erzielte das Familienunternehmen einen Umsatz von etwa 100 Mio. Euro (+ 11 %). In den letzten Jahren hat sich Reis Robotics zu einem führenden Hersteller von Systemen für die Materialbearbeitung mit Laserrobotern entwickelt. Weltweit sind über 70 Anlagen zum Bearbeiten von 3D-Bauteilen meist aus Kunststoff, aber auch aus Dünnblech, im Einsatz.