Kabel und Leitungen für die Robotik Die müssen was aushalten - Kabel für die Königsdisziplin

Autor / Redakteur: Ines Näther / Ines Stotz

Sind Arbeiten heute zu schwer, gefährlich oder gesundheitsschädlich steht dem Menschen immer häufiger ein Mitarbeiter zur Seite, den das alles nicht juckt – der Kollege Roboter. Zudem führt er jeden Arbeitsschritt millionenfach und ganz präzise aus. Wegen der komplizierten Bewegungen müssen auch die Kabelsysteme richtig was drauf haben.

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Für Kunden wie Dürr Systems APT liefert Lapp Rundum-Sorglos-Pakete. Mit Dürr abgestimmte Sonderleitungen werden bei Lapp Muller in Grimaud entwickelt und gefertigt und bei Lapp Systems in Stuttgart konfektioniert und getestet.
Für Kunden wie Dürr Systems APT liefert Lapp Rundum-Sorglos-Pakete. Mit Dürr abgestimmte Sonderleitungen werden bei Lapp Muller in Grimaud entwickelt und gefertigt und bei Lapp Systems in Stuttgart konfektioniert und getestet.
(Bild: Dürr)

Die Lapp Gruppe mit ihrem Robotik-Spezialisten Lapp Muller befasst sich seit mehr als 30 Jahren intensiv mit dem Thema Robotik und fertigt Steuer-und Datenleitungen, Sonderleitungen sowie entsprechende Konfektionen. Das 1939 in Paris gegründete Unternehmen gehört seit 2003 zu Lapp und hat heute seine hochmoderne Fertigung mit einer Produktionsfläche von 5.000 m2 in Grimaud an der Côte d’Azur. Neben individuell auf Kundenanforderungen abgestimmten Verkabelungslösungen für Hightech-Roboter fertigt das Unternehmen auch andere Sonderkabel für Offshore-Anwendungen und Unterwasser-Applikationen.

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Robotik – die Königsklasse für Kabel- und Komponentenhersteller

Die meisten Anfragen kommen von drei Kundengruppen, die unterschiedliche Ansprüche an die Produkte haben:

Systemintegratoren sind Spezialisten für die Einrichtung von Fertigungsstraßen im Auftrag produzierender Unternehmen. Sie fragen meist individuelle Konfektionen an, wie die individualisierte Zusammenstellung von Standardteilen.

Bei den Instandhaltungsbetrieben geht es vor allem darum, schnell wichtige Ersatzteile aus einem umfassenden Produktportfolio beziehen zu können.

„Die Königsdisziplin stellen jedoch die Anforderungen der Roboterhersteller dar. Hier sind besonders anspruchsvolle Anwendungen gefragt, für die mit Produkten von der Stange oft keine ideale Lösung darstellbar ist. Da jeder Robotertypus andere Bewegungsabläufe ausführt und unterschiedlich aufgebaut ist, sind auch die Anforderungen an die Kabelsysteme vielfältig“, berichtet Frank Rothermund, Market Manager Robotics bei der U.I. Lapp.

Maßgeschneiderte Lösungen ohne Kompromisse

Anbieter von Komponenten für Roboter müssen demnach sowohl in der Lage sein, Standardprodukte in hoher Qualität zu liefern, als auch vor allem individuelle Sonderanfertigungen zu entwickeln. „Denn die Nutzung von Standardware in komplexen Bereichen erfordert im Zweifelsfall unbefriedigende Kompromisse, die im Praxiseinsatz zu Problemen bei der Verwendung der Roboter- und Produktionssysteme führen können“, erklärt der Roboterspezialist.

Bei Lapp übernimmt der Bereich Market Management Robotics die oft aufwändige und beratungsintensive Entwicklung individueller Lösungen in Kooperation mit den Kunden. Auch sind „exotische“ Sonderleitungen in geringen Mengen erhältlich.

Eine der wichtigsten Branchen, die die genannten Kundengruppen bedienen, ist die Automobilfertigung. Hier müssen alle Komponenten höchste Ansprüche an Qualität und Langlebigkeit erfüllen. Versagt etwa ein Kabel, kommt das gesamte Produktionsband zum Stillstand und in kürzester Zeit entsteht ein Millionenschaden. Für Frank Rothermund ist es also kein Wunder, dass Marktführer wie Nelson Bolzenschweiß-Technik oder Dürr sich auf Spezialisten verlassen, die sowohl über die technische Kompetenz für die Fertigung als auch über die entsprechende Erfahrung und Beratungskompetenz verfügen.

Nelson: In der Automobilfertigung ein Muss: Flexibilität und Stabilität

Nelson ist Spezialist für Bolzenschweißgeräte, die beispielsweise in Robotern für die Automobilfertigung verbaut werden. Das Unternehmen ergänzt die Fertigungsroboter mit Spezialwerkzeugen, mit denen Bolzen gesetzt und fest mit der Karosse verschweißt werden. Das Gerät wird durch den Roboter voll automatisch positioniert und setzt die Bolzen zur Kabelbaummontage in den Rohkarossen. Frank Rothermund: „Dabei werden höchste Ansprüche an die Effektivität und Präzision der ausgeführten Bewegungen sowie an die Produktivität des Systems gestellt.“

Nelson wandte sich mit der Anforderung an Lapp, eine Spezial-Leitung für einen 6-achsigen Fertigungsroboter zu entwickeln. Die Verkabelung sollte über alle Achsen des Roboters geführt werden und musste daher all seinen Knickbewegungen und Rotationen folgen können. Um diesen Anspruch zu erfüllen, müssen die Leitungen hochflexibel sein, einen sehr kleinen Biegeradius haben und hohen Torsionsbelastungen standhalten. Dazu kommt ein hoher Qualitätsanspruch an die Langlebigkeit der Komponenten.

Eine zusätzliche Herausforderung lag in der Platzbeschränkung: Damit der Roboter nicht in seinen Bewegungen eingeschränkt wird, mussten unterschiedliche Leitungen auf kleinstem Raum über die Roboterachsen geführt werden. „Deshalb entschieden wir uns dafür, alle benötigten Komponenten – das heißt, die Schweißleitung, Daten- und Signalkabel, und auch die Luft- und Schutzgasschläuche, in einem Außenmantel zusammenzuführen. Das resultierende Kabel hat einen signifikant kleineren Querschnitt als die einzelnen Kabel, die bei Verwendung von Standardprodukten notwendig gewesen wären“, macht der Market Manager deutlich.

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Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bildete bei diesem Konstrukt eine weitere zu lösende Aufgabe, in Bezug auf die große Strombelastung durch die Masse-Schweißleitung und das dadurch entstehende elektromagnetische Feld. Die empfindlichen Daten- und Signalleitungen mussten hierfür mit einem zusätzlichen Kupferschirm geschützt werden. „Beim Einsatz entsprechender Isoliermaterialien ist es im Übrigen besonders schwierig, die hohen Anforderungen an Biegeradius und Torsionsfähigkeit umzusetzen“, weiß Rothermund aus der Praxis.

Den Robotics-Spezialisten von Lapp Muller gelang es, alle diese Komponenten in einer neu entwickelten komplexen Hybridleitung zusammenzufassen, die dennoch robotertaugliche Flexibilität und Torsionsfähigkeit bei einer Standzeit von mehr als zwei Millionen Biegezyklen bietet.

Eduard Kirchner, Leiter Entwicklung bei Nelson: „Wir haben einen sehr hohen Anspruch an unsere Komponenten, wie Schweißstromquelle, Sortierer und Schweißköpfe. Zu einem Gesamtsystem gehören natürlich auch sämtliche Verbindungen der einzelnen Komponenten, dafür haben wir in Lapp einen Partner gefunden, der in jeder Hinsicht den hohen Anforderungen gerecht wird.“

Dürr: Individuelle Konfektionierung für den Plug-and-Play Einsatz

Ein weiteres Kundenbeispiel ist Dürr, ein globaler Systempartner der Automobil- und Zulieferindustrie und Weltmarktführer in der Lackier-, Auswucht- und Reinigungstechnik.

Der Geschäftsbereich ADP/Systems Robotik bei Dürr stellt Lackierroboter her. Deren Aufgabe ist es, den Zerstäuber während der Lackierung im konstanten Abstand senkrecht zur Karosserieoberfläche zu führen, und so einen gleichmäßigen Lackauftrag zu gewährleisten. Zudem gibt es in der Fertigung häufig Modellwechsel, neue Fahrzeugdesigns und neue Lacksysteme, die von Dürr ein hohes Maß an Flexibilität und Innovationskraft erfordern. Ein Lackierroboter kann in 10 Sekunden von einer Lackfarbe zur anderen wechseln, und das bei minimalem Materialverlust.

„Bei unseren Robotern sind Leitungen im Einsatz, die enormen Belastungen ausgesetzt sind. Das sind Torsionsbewegungen von 180 Grad pro Meter, die das Kabel einfach mitmachen muss. Und das nicht nur zweimal, sondern millionenfach. Darauf können wir uns bei Lapp verlassen", erläutert Heiko Kamp aus der Dürr Produktentwicklung Steuerungstechnik.

Bei der Zusammenarbeit mit Lapp geht es um die Verkabelung im Inneren von Lackier-Robotern. Die Herausforderung dabei besteht im geringen Biegeradius sowie den sehr starken Torsionsbewegungen, die entstehen, wenn ein Roboter beispielsweise das Innere von Fahrzeugtüren lackiert. Dürr hat daher sehr konkrete Anforderungen an Biegeradius und Torsionsfähigkeit der Kabelsysteme.

Neben Kabel-Sonderanfertigungen konnte Lapp zusätzlich eine individuelle Konfektionierung anbieten. Durch die Montage von speziellen Rundsteckverbindern kann die Verkabelung als fertig einsetzbare Plug&Play-Lösung an den Kunden geliefert werden. So konnte Dürr seine Prozesse verschlanken, viel Zeit und Aufwand sparen und sich noch stärker auf sein Kerngeschäft konzentrieren. Zudem erhöhen komplett aufeinander abgestimmte und getestete Systeme aus einer Hand die Sicherheit und die Standzeit der Roboter.

Lösungen von Dürr sind weltweit im Einsatz – überall wo Fahrzeuge und Fahrzeugteile produziert werden. Daher war auch eine globale Ausrichtung der Komponentenlieferanten mit Global Sourcing ein Anspruch des Unternehmens den Lapp erfüllen konnte.

„Wir setzen auf die Kompetenz von Lapp, für uns in diesem Bereich Spezialkabel zu entwickeln und zu fertigen", erklärt Heiko Kamp. „Auch, wenn es darum geht, Neuland zu betreten. Es gibt immer wieder neue Ideen. Um die umzusetzen, braucht es oft Speziallösungen. Kabel und Stecker, die es eben nicht von der Stange gibt. Da fühlen wir uns bei Lapp bestens betreut."

Neue Einsatzbereiche und Märkte für die Robotik

Roboter werden jedoch nicht nur von Global Playern, sondern zunehmend auch von kleineren Betrieben und im Mittelstand eingesetzt. Frank Rothermund erläutert den Hintergrund: „Die Systeme werden kleiner, mobiler, preisgünstiger und flexibler, das heißt schneller und einfacher neu programmierbar. Damit werden sie auch für mittlere oder kleine Produktionsmengen interessant.“

Dazu kommen neue Marktteilnehmer: „Google zum Beispiel kaufte im letzten Jahr neun Roboterfirmen auf. Vor diesem Hintergrund sehen Marktexperten für die Robotik eine ähnlich breite technologische Entwicklung und die Realisierung neuer kommerzieller Marktpotenziale voraus, wie beispielsweise bei der Umstellung von traditioneller auf digitale Fotografie.“

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