Kollaborativer Roboter

Hand in Hand

Dürr macht sich die sensitiven Eigenschaften des Leichtbauroboters LBR iiwa von Kuka in einer Roboterzelle für das automatisierte Kleben in der Endmontage der Automobilindustrie zunutze.

Für das automatisierte Tankeinkleben trägt der Roboter die Klebenaht auf den Tank auf und überwacht mittels Sensoren am Applikationskopf die passgenaue Höhe der Naht.

Die Dürr AG ist ein führender Maschinen- und Anlagenbauer mit Stammsitz im baden-württembergischen Bietigheim-Bissingen. In enger Zusammenarbeit mit den Kunden entwickelt Dürr mit rund 16.000 Mitarbeitern an 92 Standorten in 28 Ländern integrierte Gesamtkonzepte für hocheffiziente Fertigungsprozesse. Circa 60 Prozent des Umsatzes entfallen auf das Geschäft mit Automobilherstellern und -zulieferern. Als Lieferant schlüsselfertiger Anlagen für automatisierte Klebeprozesse entwickelt Dürr für die Automobilindustrie Roboterzellen mit Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK).

Mensch und Roboter arbeiten dabei in der Endmontage ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammen. Sowohl zum Kleben von Finnen als auch zum Einkleben von Tanks in die Karosserie kommen sensitive LBR iiwa Leichtbauroboter von Kuka zum Einsatz. Sie erhöhen die Qualität des Klebeergebnisses, sparen Zeit und senken die Stückkosten. Nicht zuletzt profitieren die Kunden von Dürr von der Platzersparnis durch die kompakte Bauweise und von der einfacheren Handhabung für den Werker.

LBR iiwa erkennt jede Störung
Beim Kleben der Finne legt der Werker das Werkstück manuell in den Greifer des Roboters, der es ansaugt und zur Klebedüse am Applikationsturm führt. Der LBR iiwa fährt die Finne von unten langsam an die Klebedüse heran. „Sollte er dabei auf ein Hindernis stoßen, fährt er dank seiner Fähigkeit zur Kollisionserkennung ein wenig zurück und startet die Bewegung von vorn“, verdeutlicht Dieter Ahlborn, Director APT/Gluing Final Assembly bei Dürr Systems, die MRK-Fähigkeit des LBR iiwa. Erst nach drei Versuchen fährt er in die Ausgangsposition zurück. Ansonsten wird der Klebeprozess gestartet und die Kleberaupe sorgfältig aufgetragen, während der Roboter die Bahn abfährt. Anschließend entnimmt der Werker die Finne wieder am Ausgangspunkt und verbaut sie am Fahrzeug.

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Für das Kleben der Finne legt der Werker das Werkstück manuell in den Greifer des LBR iiwa, der es ansaugt und zur Klebedüse am Applikationsturm führt.

Für das automatisierte Tankeinkleben mit dem LBR iiwa sieht das Anlagenkonzept wie folgt aus: In der Endmontage führt der Facharbeiter den Tank mit Hilfe eines Manipulators an einen Drehtisch, reinigt ihn, bringt ihn in die richtige Position und übergibt ihn zur weiteren Bearbeitung an den Roboter. Damit die Klebedüse nicht eintrocknet, befindet sich die Applikationsdüse in einem Sperrmittelbehälter. Nach einem Signal fährt der Roboter aus dem Behälter in die Grundposition. Dort fließt Klebstoff in einen Auffangbehälter und die Klebedüse wird manuell gereinigt. Wenn der Startpunkt am stationären Tank erreicht ist, öffnet die Düse unter Druck, damit keine Luftblasen entstehen. Der Roboter trägt dann die Klebenaht in hoher Gleichmäßigkeit auf den Tank auf und überwacht mittels Sensoren am Applikationskopf die passgenaue Höhe der Naht. „Zwar ist eine Kleberaupe per Handauftrag machbar, doch an die Präzision eines Roboters reicht das Ergebnis nicht heran“, erklärt Ahlborn. Eine roboterbasierte Lösung kann – im Gegensatz zu einem Linearportal – die dreidimensionale Komplexität der Raupengeometrie abbilden. Ein MRK-fähiger Roboter wie der LBR iiwa klebt dank seiner siebten, mitdrehenden Achse ohne Umorientierung in einem Radius von 360 Grad – ohne absetzen zu müssen. Wenn er seine Arbeit beendet hat, tritt wieder der Facharbeiter in den Mittelpunkt, indem er den Tank an der vorgegebenen Position in die Fahrzeugkarosserie einpasst. Dieser komplexe Vorgang erfordert die individuellen Fähigkeiten des Menschen. Der Manipulator unterstützt ihn bei ergonomisch ungünstigen Bewegungsabläufen.

Obwohl Zäune und Einhausungen bei beiden Klebeprozessen fehlen, sind die Sicherheitsanforderungen hoch. Das gesamte Sicherheitskonzept muss strenge Vorgaben und Normen erfüllen, die auf einer Risikobewertung basieren. Dazu wird unter anderem der Roboter so platziert, dass der direkte Kontakt mit dem Menschen möglichst minimiert wird. Zudem muss der Roboter innerhalb von Millisekunden abschalten, sobald eine Berührung registriert wird. Das Konzept für die Klebezellen ist so ausgelegt, dass der Roboter grundsätzlich unterhalb des Kopf- und Brustbereichs des Werkers agiert. Die Applikationstechnik, bestehend aus dem Leichtgewicht-Applikator und dem Leichtbauroboter, ist großflächig, weich und abgerundet gestaltet, so dass bei der Berührung des Roboters nur geringe Kräfte entstehen. „Wir liefern die Anlagentechnik für die neue Mensch-Roboter-Kollaboration komplett aus einer Hand“, sagt Ahlborn. 

MRK-Systeme sind ein beherrschendes Thema in der Automobilindustrie. „Im Bereich Kleben sind bereits zehn Anlagen verkauft“, verrät Ahlborn. Die erste Anlage mit der Tank-Applikation habe der erste Kunde im März 2016 in Betrieb genommen. Bei Dürr schaut man daher optimistisch in die Zukunft. „Mit unseren MRK-fähigen Lösungen mit dem LBR iiwa von Kuka hoffen wir auf weitere Aufträge“, so Ahlborn. Zudem arbeitet man in Bietigheim-Bissingen an MRK-Lösungen zum roboterbasierten Kleben von kleinen Scheiben und anderen Bauteilen. cs

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