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Industrielle Automation 4/2016

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Industrielle Automation 4/2016

STEUERN UND ANTREIBEN 01

STEUERN UND ANTREIBEN 01 Der Schweißroboter Nanoweld verbindet Glasfasern mit einem Durchmesser von 10 µm; die Bewegungen des Lasers spielen sich im Bereich von 100 nm ab Präzision im Nanometerbereich Alexander Mend Kann ein Roboter Bewegungen machen, die 100 Nanometer klein sind? Schwer vorstellbar, schließlich ist ein Menschenhaar 700-fach dicker. Dass es möglich ist, beweist ein Schweißroboter der neuesten Generation. Hinter seiner Präzision steckt ein Führungssystem eines Spezialisten für Linearführungssysteme aus Großbritannien mit deutscher Niederlassung. Tag ein, Tag aus kommunizieren Milliarden Menschen per E-Mail und Telefon. Die Datenübertragung rund um die Welt funktioniert dabei meist in Lichtgeschwindigkeit über Glasfasern – ein Begriff, der mittlerweile geläufig ist. Weniger bekannt sind hingegen sogenannte E/O-Wandler. Die zuckerwürfelgroßen Bauteile machen die optische Datenübertragung überhaupt Schweißroboter-Hersteller setzt auf perfekte Führung erst möglich, indem sie mit Diodenlasern elektromagnetische Impulse des Telefonmikrofons in optische Impulse umwandeln und in die Glasfasern schicken. Ihre Herstellung ist ein kleines Meisterwerk des Präzisionsschweißens. Nötig sind dafür Spezialanlagen, die nur wenige Hersteller auf der Welt konzipieren. Zu ihnen zählt Nanosystec. Das Unternehmen aus Groß- spielen sich die Bewegungen im Bereich von 100 nm ab. Zum Vergleich: In einem Stück Metall entspricht 1 nm in etwa der Länge von vier aneinandergereihten Atomen. Oder anders: Ein Menschenhaar ist rund 700-mal dicker als 100 nm. Sobald die feine Positionierung erfolgt ist, kommen zwei Laserschweißköpfe ins Spiel, welche die mit einer Metallhülle ummantelten Glasfasern von zwei Seiten mit einer Schweißnaht fixieren. Und auch hier spielt Präzision eine Schlüsselrolle. „Eine der Herausforderungen bei der Konzeption der NanoWeld war es, auf dem Zuliefermarkt ein Führungssystem zu finden, auf dem sich die Laser im Bereich von einem Zehntelgrad zuverlässig bewegen lassen“, erklärt Günter Hummelt, Technikchef bei Nano systec. „Um Platz zu sparen und die Anlage kompakter bauen zu können, wollten wir nicht mit einem X-Y-System arbeiten, sondern mit einer Ringbahn.“ Laser bewegen sich auf Führungssystem Fündig wurde Hummelt bei Hepco Motion. Das britische Unternehmen mit einer Niederlassung im bayerischen Feucht hat sich seit 1969 auf die Entwicklung von Linearführungssystemen und Automatisierungskomponenten spezialisiert. Zum Produktportfolio zählt ein System namens PRT2. Dabei handelt es sich um ein Spektrum an Ringen und Ringsegmenten auch aus Edelstahl erhältlich, die verschiedene Durchmesser haben und sich mit geraden Führungsschienen zu einer Vielfalt offener und geschlossener Schienenstrecken zusammensetzen lassen. In der Anlage Nanoweld sind vier Ringelemente eingesetzt: zwei Die Herausforderungen war, ein Führungssystem zu finden, auf dem sich die Laser im Bereich von 1/10 Grad bewegen lassen. Umstadt bei Frankfurt am Main hat einen Schweißroboter namens Nanoweld entwickelt, den es hauptsächlich in den USA und Fernost vertreibt. Hochpräzise Ausrichtung Im Zentrum der Anlage befindet sich eine bewegliche Lastenplatte, die Diodenlaser und Glasfaser exakt aufeinander ausrichtet. Da die Glasfaser lediglich einen Durchmesser von zehn Mikrometern hat und der Diodenlaser exakt in die Mitte treffen muss, 90°-Segmente mit einer Breite von 44 mm, die bogenförmig über die Lastenplatte ragen, sowie zwei weitere 90°-Segmente mit einer Breite von 76 mm auf dem Boden. „Die Schienen haben eine hohe Festigkeit und eine lange Lebensdauer“, erklärt Hummelt. „Das verschafft uns einen Wettbewerbsvorteil, da der Wartungsaufwand für die Anlage sinkt.“ Alexander Mend ist Vertriebsleiter beim Unternehmen HepcoMotion Deutschland in Feucht 28 INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2016

STEUERN UND ANTREIBEN Nanosystec hat für das Schienensystem eigens einen Laufwagen entwickelt, auf dem sich die Laser verfahren lassen. Hier kommt eine weitere Komponente des PRT2-Systems zum Einsatz: sogenannte V-Nut-Zapfenlager, die am Laufwagen zentrisch und exzentrisch angeordnet sind. Diese Rollen greifen von oben und unten in die induktionsgehärtete und somit verschleißfeste V-Laufbahn des Ringsegments. „Die Schienen sind geschliffen. Die Vorspannung der Laufwagenrollen lässt sich über die exzentrischen Rollen exakt einstellen“, ergänzt Carl-Christian Baumgarten, Beratungsingenieur bei Hepco Motion. Für die Bewegung sorgt ein Ritzel, das in die äußere Verzahnung der Schiene greift und die Kraft des Laufwagenmotors auf die Schiene überträgt. „Die Laserschweißköpfe lassen sich somit aus der Senkrechten bis zu einem Winkel von 70° herunterklappen“, erklärt Hummelt. Um zudem eine horizontale Positionierung zu ermöglichen, können die Ingenieure das System auf Kundenwunsch auf einen weiteren Laufwagen montieren. Er fährt auf einem auf dem Boden installierten 76 mm breiten Ringsegment. Damit auch nach längerer Zeit noch präzise Bewegungen möglich sind, wurden die V-Nut-Zapfenlager mit einer Lebensdauerfettfüllung versehen. Führungssystem minimiert Schweißverzug auf ein Minimum Der Schweißroboter erreicht größtmögliche Präzision: in der Positionierung eine Wiederholgenauigkeit von weniger als 100 nm. Günter Hummelt ergänzt: „Wenn der Anwender im Alltag eine Bauteilvariante schweißen möchte, muss die Anlage einen Schweißwinkel auf 0,1° genau einstellen können.“ Er erklärt auch, warum die Funktionalität des Bauteils andernfalls gefährdet ist: „Sobald man schweißt, entsteht ein kleines, rund 1 600 °C heißes Schmelzbad. Wenn es erstarrt, droht der sogenannte Schweißverzug, der die Positionierung von Diodenlaser und Glasfaser zunichtemachen kann.“ Nur der optimale Schweißwinkel könne sicherstellen, dass sich der Verzug im Toleranzbereich bewegt. Der Vorteil der Führungsschienen ist dabei, dass sich der Schweißwinkel mittels der motorisch angetriebenen Wagen leicht einstellen lässt. Die Profilschienen sind zudem in der Lage, die Schweißköpfe ohne weitere mechanische Unterstützung tragen 02 Die Ringsegmente aus Edelstahl verfügen über eine hohe Festigkeit und eine lange Lebensdauer zu können. „Das Führungssystem von Hepco Motion war für uns die wirtschaftlichste und zuverlässigste Lösung, für die Laser ein Bewegungssystem auf einer Ringbahn zu realisieren. Andere angedachte Alternativen hatten sich im Vorfeld als zu groß, komplex und teuer erwiesen.“ Fotos: Fotolia, HepcoMotion www.hepcomotion.com Der Schaltschrankbau braucht neue Antworten Klippon ® Connect ist die Pionierleistung der Verbindungstechnik Let’s connect. Stellen Sie sich vor, Sie hätten maßgeschneiderte Applikationsprodukte, mit denen Sie schneller planen und effizienter arbeiten könnten. Als Pionier für industrielle Verbindungstechnik gehen wir einmal mehr voran: Mit Klippon ® Connect bieten wir passgenaue Lösungen für wiederkehrende Anwendungen im Schaltschrank. Damit sichern Sie sich deutliche Produktivitätsvorteile in allen Prozessphasen. www.klippon-connect.com Let´s connect.