Verschleißarme Führung von Energiepaketen an 6-Achs-Robotern

Bild 1: Roboter mit einem oben befestigten Rückführungssystem – hier das Rückführungssystem R Tec Box. Murrplastik Systemtechnik

Ermüdungs- und Kabelbrüche an der Leitungsführung von Robotern oder bestimmten aktorisch bewegten Maschinen sind früher oder später die Folge der ständigen Bewegungen des Roboters. Sie führen zu Belastungen der Energiepakete; darunter versteht man die Energiezuführung, die aus Schutzschläuchen (Wellrohren) mit pneumatischen, hydraulischen und/oder elektrischen Leitungen/Kabeln besteht, einschließlich der Befestigungselemente am Roboter. Die Wellrohre dürfen weder gestaucht noch gedehnt werden, damit sie nicht beschädigt werden. Der normale Verschleiß bei 6-Achs-Robotern ist an den Achsen 4 bis 6 besonders hoch, an den sogenannten Handachsen. Hier gibt es die meisten Bewegungen. Zudem sind diese auf sehr engem Raum verbaut, sodass die außenliegende Leitungsführung zum Teil ganze Achsen überspringen muss. Das heißt, die Energiepakete sind nicht wie sonst üblich vor und nach der Achse befestigt.

Rückführsysteme gleichen den Wechsel zwischen minimalen und maximalen Längen der Energiepakete aus, die durch die Roboterbewegungen verursacht werden. Sie sorgen dafür, dass lediglich die Länge des Schlauchpakets zur Verfügung gestellt wird, welche auch tatsächlich für die Bewegung benötigt wird. Sie halten die Energiepakete jederzeit straff und erlauben dennoch alle erforderlichen Bewegungen. Dadurch vermindern sich die mechanischen Belastungen der Energiepakete. Dies wiederum erhöht beziehungsweise verbessert die Verfügbarkeit oder Lebensdauer des Gesamtsystems; es gibt also weniger Maschinenstillstände.

Murrplastik Systemtechnik hat drei unterschiedliche Rückführsysteme in verschiedenen Größen entwickelt:

• für Kleinroboter das einfache, leichte und platzsparende Rückführsystem 21/29
• für mittlere bis große Industrieroboter die Systeme R-Tec Liner und R-Tec Box.

Bild 2: Das leichte, platzsparende Rückführsystem 21/29 für Kleinroboter ist die einfachste Lösung zur verschleißarmen Rückführung von Energiepaketen. Murrplastik Systemtechnik

Für die Unternehmen, die Roboter in der Produktion einsetzen, stehen die Flexibilität, Montagezeit, Standzeit sowie Stabilität eines Schlauchpakets im Vordergrund. Die Grundvoraussetzung für eine lange Lebensdauer von Energiepaketen bei dynamischen Anwendungen ist vor allem mechanisch ungünstige Bewegungen zu verhindern. Gerade bei der Installation an der Achse 4 bis Achse 6 müssen die Leitungen aber flexibel verlegt werden, um alle erforderlichen Bewegungen zu ermöglichen. Dies ermöglichen die Rückführsysteme 21/29, R-Tec Liner und R-Tec Box und sorgen für eine verschleißarme Führung der Energiepakete von Achse 4 bis Achse 6.

Rückführsystem für kleine Roboter

Das Rückführsystem 21/29 für Kleinroboter (Bild 2 und 3) ist ein lineares System, das heißt es arbeitet nach dem Prinzip: Was vorne in das Rückführsystem hineingezogen wird, muss hinten wieder herauskommen. Das bedeutet, dass sich der Schlauchradius als Schlauchreserve außerhalb des linearen Systems befindet. Solche Systeme werden vorzugsweise dann eingesetzt, wenn das Energiepaket hinter dem Roboter verläuft, beziehungsweise außen über den Roboter verläuft. Bei diesem System gibt es im Vergleich zum größeren Rückführungssystem R-Tec Liner kein extra Gehäuse und anstelle von Zugfedern und Slider wird lediglich eine Druckfeder verwendet.

Bild 3: Das Rückführsystem 21/29 für Kleinroboter wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn das Energiepaket hinter dem Roboter verläuft beziehungsweise außen über den Roboter. Murrplastik Systemtechnik

Das System 21/29 ist leicht und platzsparend konzipiert; es schafft einen Längenausgleich von bis zu 150 mm. Es wiegt nur etwa 380 g und lässt sich auch bei Überkopfrobotern einsetzen. Das Rückführsystem selbst ist verschleiß-, wartungs- und geräuscharm, weil es ausgezeichnete Gleiteigenschaften besitzt. Es besteht aus den folgenden Einzelteilen: Grundaufbau (Platte mit zwei Systemhaltern), Druckfeder, Kugelmittelgelenk gleitend, Protektor und Schutzschlauch. Sowohl die Montage als auch der Wechsel von Schlauchpaketen ist einfach und schnell durchführbar. Bei passendem Bohrbild lässt es sich direkt beziehungsweise mit Distanzhülsen auf dem Roboter befestigen; andernfalls ist eine Adapterplatte zur Montage notwendig. Erhältlich ist dieses System für die Schlauchgrößen M25/P21 und M32/P29 für die Wellrohrvarianten EW und EWX.

Bild 4: Das Rückführsystem R-Tec Liner mit Kabelschutzschlauch und Haltersystem. Murrplastik Systemtechnik

Rückführsysteme für mittlere und größere Roboter

Der kompakte R-Tec Liner (Bild 4 und 5) ist ebenfalls ein lineares Rückführungssystem, das heißt, das Kabelschutzrohr läuft hinten wieder hinaus. Es ist für mittlere und größere Industrieroboter geeignet. Das patentierte Federrückführungssystem führt das Energiepaket verschleißarm. Die Konstruktion dieses Rückführsystems hat den Vorteil, dass es für durchgängige Systeme (Kleben, Nieten) oder abhängende Systeme geeignet ist. Die Leitungen sind jedoch nicht ungeschützt. Das Wellrohr ist durchgängig verlegt und endet nicht am Slider.

Bild 5: Der R-Tec Liner im offenen Zustand. Murrplastik Systemtechnik

Der mögliche Längenausgleich beträgt zwischen 350 bis 550 mm. Bei einem Hub von 350 mm beträgt die Zugkraft 140 N und bei 550 mm 230 N. Das System besteht aus einem Aluminiumgehäuse mit Feder, Slider und Trompete (Endstück). Das stabile und robuste Gehäuse schützt das Rückführungssystem zusätzlich vor Beschädigungen der Komponenten und hält Temperaturen von -40 bis 120 °C stand, kurzzeitig sogar 150 °C. Daher erfüllt es die Klassifikation V2 nach UL94. Im Lebensdauertest erreicht der Slider mehr als 18 Millionen Zyklen – eine hohe Standzeit. Somit ist er sehr wartungsarm. Falls doch nach längerer Zeit ein Verschleiß auftritt, lässt sich jedes Bauteil nachbestellen und austauschen. Die Instandhaltung geht sehr einfach. Soll beispielsweise die Feder gewechselt werden, ist keine Demontage des Boxenausgangs erforderlich, weil der Boxenausgang mit einer Aussparung versehen ist, die das Öffnen der Schraube mit einem Inbusschlüssel ermöglicht. Der R-Tec Liner wird mit Grundplatte montiert. Er kann aber auch ohne Grundplatte auf ausgewählten Robotern angebracht werden. Die Schlauchpakete sind einfach und schnell auszutauschen. Passende Schlauchgrößen für die Schlauchtypen EW-PAE und EWX-PAE gibt es in folgenden Durchmessern: 36, 48, 56, 70, 80 und 95 mm. Anwendungsgebiete des R-Tec Liners sind in der Robotik sowie in der Fabrik- und Maschinenautomation.

Bild 6: Die R-Tec Box – hier im offenen Zustand – ermöglicht eine verschleißarme Führung der Energiepakete bei komplexen Bewegungsabläufen auf kleinstem Raum. Murrplastik Systemtechnik

Die R-Tec Box (Bild 1 und 6) ist kein lineares System, weil hier die Leitungsreserve innerhalb des Systems liegt, nicht außerhalb. Der Radius in der R-Tec Box verändert sich bei einer Bewegung nicht. Das Schlauchpaket ist mittels Slider mit dem System verbunden. Anhand der am Slider befestigten Zugfedern wird die benötigte Länge für die Bewegung der Achsen zur Verfügung gestellt. Sobald die Bewegung abgeschlossen ist, wird das Schlauchpaket durch die Zugfedern wieder zurückgezogen. Die Bewegungsabläufe der Leitungen/Schläuche sind immer parallel zu dem des Wellrohres, weil das Wellrohr mit den Leitungen mittels Kugelgelenken/Zugentlastung verbunden ist.

Solche Systeme werden immer dann gerne eingesetzt, wenn das Energiepaket über die einzelnen Roboterachsen verlegt wird. So kommen weniger Bewegungen auf die Leitungen und obendrein sind sie besonders gut gegen äußere Einwirkungen geschützt. Die R-Tec Box sorgt wie der R-Tec Liner für eine verschleißarme und effektive Führung der Energiepakete bei komplexen Bewegungsabläufen – und zwar auf kleinstem Raum. Es beruht auf dem patentierten Slider-System zur Schlauchpaketführung. Dieses Slider-System ist in verschiedenen Größen erhältlich, für die Wellrohrgrößen NW70 und NW56 sowie kompaktere Varianten für die Wellrohrgrößen NW48, NW36 und NW29.

Weil der Absatz von Niedrig- und Mitteltraglast-Robotern (15 bis 60 kg) kontinuierlich gestiegen ist, hat Murrplastik die kleine R-Tec Box-S 29/36 entwickelt – passend für die Größen M32/P29 und M40/P36 für die Wellrohrvarianten EW und EWX. Dieses Rückführsystem gibt es mit drei unterschiedlichen Längenausgleichen: 270, 400 und 600 mm.

Die R-Tec-Boxen haben ein Gehäuse aus modifiziertem Polypropylen mit guten Gleiteigenschaften – daher sind sie geräuscharm. Außerdem ist das Kunststoffgehäuse der Box sehr leicht. Damit zählt das System in seiner Klasse zu den Leichtgewichten. Das robuste Gehäuse widersteht Temperaturen zwischen -40 bis 120 °C, kurzzeitig sogar 150 °C. Die Box schützt die Komponenten zudem vor Verschmutzung und Beschädigung.

Zu den Bauteilen gehören Druckfedern, Slider und eine integrierte Zugentlastung. Auf dem Deckel des R-Tec Box ist zusätzlich die Installation eines zweiten Rückführsystems oder einer Ventilinsel realisierbar. Die montagefreundlichen Boxen erlauben verschiedenste Verstell- und Einsatzmöglichkeiten – deshalb sind sie für viele Robotertypen geeignet. Die verschiedenen Grundplatten zur Aufnahme der Box sind an die unterschiedlichen Modellreihen der verschiedenen Roboterhersteller angepasst. Die Schnellverschlüsse ermöglichen eine einfache Wartung oder Austausch des Energiepakets. Das Federpaket des Rückführungssystems lässt sich ebenfalls schnell austauschen.

(dw)