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Kleben mit Roboter

Ihre Anlagen zum automatisierten Kleben in der Automobilindustrie gestaltet die Dürr AG als Roboterzellen mit Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Eingesetzt wird dazu ein sensitiver Leichtbauroboter der Baureihe LBR iiwa von Kuka.

Die Dürr AG entwickelt und baut integrierte Gesamtkonzepte für hocheffiziente Fertigungsprozesse. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Bietigheim-Bissingen hat unter anderem Systeme für die Automobilindustrie verwirklicht, in denen Mensch und Roboter in der Endmontage ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammenarbeiten. Verwirklicht wurde dies unter anderem in Roboterzellen zum Kleben von Finnen als auch zum Einkleben von Tanks in die Karosserie. In beiden Fällen kommen sensitive LBR iiwa Leichtbauroboter von Kuka zum Einsatz. Der Einsatz der kollaborierenden Roboter erhöht die Qualität des Klebeergebnisses, spart Zeit und senkt die Stückkosten. Zudem benötigen die Roboterzellen durch ihre kompakte Bauweise weniger Platz.

Einkleben der Finnen mit Störungserkennung

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 vorne“, verdeutlicht Dieter Ahlborn, Director APT/Gluing Final Assembly bei der Dürr Systems AG, die MRK-Fähigkeit des Roboters. Nach drei vergeblichen Versuchen würde er in die Ausgangsposition zurückfahren, ansonsten startet der Klebeprozess und die Kleberaupe wird aufgetragen, während der Roboter die Bahn abfährt. Anschließend entnimmt der Werker die Finne wieder am Ausgangspunk und verbaut sie am Fahrzeug.

Präzise Klebenaht am Tank

Für das automatisierte Einkleben des Tanks 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 Kleberaupe gleichmäßig auf den Tank auf und überwacht mittels Sensoren am Applikationskopf die Höhe der Naht. „Zwar ist eine Kleberaupe per Handauftrag machbar, doch an die Präzision eines Roboters reicht das Ergebnis nicht heran“, erklärt Ahlborn. Zudem kann eine roboterbasierte Lösung im Gegensatz zu einem Linearportal die dreidimensionale Raupengeometrie besser 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. Hat der Roboter seine Arbeit beendet, übernimmt der Facharbeiter den Tank und passt ihn an der vorgegebenen Position in die Fahrzeugkarosserie ein. Dieser Vorgang erfordert menschliche Fähigkeiten und Fertigkeiten, wobei ein Manipulator den Facharbeiter bei ergonomisch ungünstigen Bewegungsabläufen unterstützt.

Hohe Sicherheitsanforderungen an MRK-Lösungen

Die Sicherheitsanforderungen bei beiden Anwendungen sind hoch, obwohl Zäune und Einhausungen fehlen. Das gesamte Sicherheitskonzept erfüllt strenge Vorgaben und Normen, die auf einer Risikobewertung basieren. Dazu wird unter anderem der Roboter so platziert, dass der direkte Kontakt mit Menschen möglichst minimiert ist. Zudem schaltet der Roboter innerhalb von Millisekunden ab, sobald eine Berührung registriert wird. Zudem ist das Konzept für die Klebezellen 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.

Zukunftsmarkt MRK-Lösungen

„Wir liefern die Anlagentechnik für die neue Mensch-Roboter-Kollaboration komplett aus einer Hand“, sagt Ahlborn. MRK-Systeme sind aktuell ein beherrschendes Thema in der Automobilindustrie. „Im Bereich Kleben sind bereits zehn Anlagen verkauft“, verrät Ahlborn. Die erste Anlage mit der Tankapplikation 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. Ulrike Kroehling

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