Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Robotik: Ausgabe 10/2019, 11.10.2019

Pirouettenkünstler nieten Flugzeuge zusammen

Beim Nieten von Flugzeugrümpfen drehen sich Industrieroboter tausendfach über mehrere Achsen. Eine Belastungsprobe für Daten-, Pneumatik- und Energieleitungen. Damit sie diese Akrobatik heil überstehen, setzt der spanische Anlagenbauer Loxin, Teil der Aritex Group, auf Leitungsführungen aus Hochleistungskunststoff – entwickelt vom Kölner Motion-Plastics-Spezialisten Igus.

Auf einem Flug denken Passagiere an alles, nur nicht an Nieten, die Verbindungselemente, welche die Rumpfteile des Flugzeugs sicher zusammenhalten. In wochenlanger Arbeit schlagen Fachkräfte die Nieten in die Metallrümpfe ein. Eine Automatisierung dieser mühsamen Tätigkeit war lange Zeit unmöglich, da Roboter nicht weit genug entwickelt waren. Denn sie müssen Bewegungskünstler sein, um jeden Punkt eines Rumpfes zu erreichen, und dazu mehrere Arbeitsschritte meistern – vom Bohren, über das Fräsen bis zum Nieten. Mit einer Präzision von 0,2 mm.

Dem Unternehmen Loxin 2002, da 2002 gegründet, ist es gelungen, das Nieten zu automatisieren. Die Mehrachsroboter des spanischen Unternehmens stehen bei einem grossen Flugzeugbauer in der Fertigung. Die Roboter sind links und rechts neben dem aufgebockten Flugzeugrumpf auf Plattformen montiert, die sich über Lineareinheiten in mehrere Meter Höhe fahren lassen. In der richtigen Höhe angekommen, bewegt sich der tonnenschwere Roboter über sechs Achsen millimetergenau zum Arbeitspunkt. Er bohrt ein Loch ins Metall, fräst eine Senke für den Nietkopf, saugt den Staub ab, trägt ein Dichtmittel auf und setzt die Niete.

Winkel und Durchmesser müssen die Roboter beim Bohren, Fräsen und Nieten dabei in Abhängigkeit vom Rumpfabschnitt ständig variieren. Doch dieses flexible Multitasking war nicht die einzige Hürde, die Loxin während der Entwicklung meistern musste.

Die Ingenieure mussten die Roboter als wahre Bewegungskünstler konzipieren. Zum Einsatz kommen sechs Achsen, über die sich der Kopf an jede Stelle des Rumpfes bewegen kann. Entsprechend kompliziert gestaltet sich das Thema Energieführung. Die Werkzeuge am Endeffektor der Roboter sind mit zahlreichen Energie-, Pneumatik- und Datenleitungen verbunden. Und diese Leitungen müssen den Verrenkungen des Arms auch in hohem Tempo perfekt folgen – ohne aneinander zu reiben oder gegen die empfindliche Oberfläche des Rumpfes zu schlagen. Ansonsten drohen lange Ausfallzeiten wegen Kabelbrüchen und Beschädigungen des Flugzeugs.

Auf der Suche nach einer zuverlässigen Energieführung verglich Loxin Systeme mehrerer Hersteller. «Wir fanden jedoch lange Zeit keine widerstandsfähige und vertrauenswürdige Lösung», erinnert sich Unai Martínez, leitender Ingenieur bei Loxin. «Die Anzahl der Leitungen und das Gewicht waren ein Problem.» Loxin hatte beispielsweise mit Wellrohren experimentiert. Durch die schnelle Abnutzung durch Reibung brachen diese allerdings an vielen Stellen. Im Produktionsalltag hätte das Materialversagen den Austausch des gesamten Rohres bedeutet, inklusive der Demontage der Leitungen an den Köpfen. Dies hätte schlimmstenfalls zu mehreren Tagen Stillstand geführt.

Fündig wurde Loxin schliesslich in Deutschland. Bei Igus – dem Motion-Plastics-Spezialisten aus Köln, der seit Jahrzehnten Leitungsführungen entwickelt. Zum Sortiment zählt unter anderem die Triflex-Serie. Dies sind schlauchähnliche Schutzkäfige aus verschleissfestem Hochleistungskunststoff, welche selbst den wildesten dreidimensionalen Bewegungen von Industrierobotern folgen. Im Inneren liegen die Leitungen für Daten, Pneumatik und Energieversorgung – sicher fixiert und geschützt vor Verschleiss. «Die Leitungen sind geschützt vor mechanischem Stress durch Zuglast, Verdrehungen und Ausdehnung. Dieser Schutz ist besonders dann wichtig, wenn die Roboterköpfe ihre Maximalposition einnehmen», erklärt Unai Martínez.

Damit diese Energieketten, die rechts und links am Arm montiert sind, sich möglichst dicht am Arm bewegen und nicht gegen das Flugzeug schlagen, nutzt Loxin das Rückzugsystem Triflex RSE. Gelangt der Roboterarm nach einer Bewegung in seine Ausgangsposition zurück, zieht das mechanische System die Kette zurück. Für sichere Führung sorgen runde Halterungen, die am Arm montiert sind. Somit hat der Roboterarm volle Bewegungsfreiheit, ohne dass Teile der Kette aneinander reiben oder sich Schlaufen bilden.

«Die Energiekette von Igus hat im Vergleich zum Wellrohr zudem ein viel besseres Verhalten in Bezug auf Reibung und wird deshalb auch nicht brechen und einen Stillstand verursachen», so Martínez. Und sollte mal ein Kettenglied das Ende der Lebensdauer erreichen, lässt es sich mit wenigen Handgriffen austauschen.

Durch den Einsatz der Triflex-Ketten im Zusammenspiel mit dem Rückzugsystem Triflex RSE konnte bei Loxin ausserdem eine bessere Beweglichkeit der Roboter erreicht werden. Diese können nun ihre Arbeitsschritte noch einfacher rund um den Flugzeugrumpf erledigen, was wertvolle Montagezeit spart.
Am Roboterarm kommt ein weiteres Produkt der Kölner Kunststoffspezialisten zum Einsatz: Die Twisterchain, eine Energiekette, welche die Leitungen vom Fuss des Roboterarms bis zur ersten Achse schützt. Die Kette bewegt sich in einer Führungsrinne. Dreht sich der Roboterarm, faltet sich die Kette, wobei sich das Obertrum der Kette genau auf das Untertrum legt. Die Kette ermöglicht dem Roboterarm auf diese Weise eine kreisförmige Bewegung von bis zu 540 ° – bei Geschwindigkeiten von bis zu 1 m/s. Da diese Kette ebenfalls aus Hochleistungskunststoffen besteht, ist sie sehr verschleissfest. Tests im Testlabor des Herstellers haben bewiesen: Die Lebensdauer der Energiekette liegt bei über einer Million Zyklen.

«Wir sind mit der Lösung sehr zufrieden, da unsere Anlagen nun weniger Stillstandzeiten haben», resümiert Unai Martínez von Loxin. Auch bei Igus ist man froh über diese aussergewöhnliche Referenz. Für diese herausfordernde Lösung der Energieführung wurde Loxin mit dem Vector Award 2018 ausgezeichnet, den Igus alle zwei Jahre initiiert und dessen Sieger von einer unabhängigen Jury gekürt werden.   (msc)

Loxin 2002
E-31191 Esquiroz (Navarra), Tel. +34 948 35 14 23
loxin@loxin2002.com

igus Schweiz GmbH
4622 Egerkingen, Tel. 062 388 97 97
info@igus.ch

igus.ch



Roboterarme bei der Arbeit: Sie verbinden Rumpfteile eines Flugzeugs mit Nieten. (Bilder: igus)


Sicher geschützt: Die Leitungen für die Werkzeuge am Endeffektor des Roboterarms sind in schwarzen, dreidimensional beweglichen Triflex-Ketten untergebracht und werden von ihnen sicher geführt.


Die Twisterchain schützt die Leitungen vom Fuss des Roboterarms bis zur ersten Achse und ermöglicht 540-Grad-Bewegungen.