Tox Pressotechnik lehrt den Cobot Vollstanznieten
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Tox Pressotechnik lehrt den Cobot Vollstanznieten

Endeffektor für Roboter
Tox Pressotechnik lehrt den Cobot Vollstanznieten

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Kollege Roboter sitzt im Flugzeugrumpf: Tox Pressotechnik und das Fraunhofer IGP statteten einen Cobot mit einer Tox-Handzange aus und ermöglichten so dem Flugzeugbauer Airbus den Einsatz des Verbindungsverfahrens Vollstanznieten. Was vorher dem Menschen schwer, geht jetzt dem Roboter leichter von der Hand. Die Presskräfte sind hier der entscheidende Faktor.

Wolfgang Laux, Marketing, Tox Pressotechnik, Weingarten

Das bewährte Vollstanzniet-Verfahren ist aus dem Automobil- und Fahrzeugbau bekannt und wird auch in sicherheitsrelevanten Bereichen angewendet. Um das Vollstanznieten für den Flugzeugbau qualifizieren und für die robotergestützte Applikation in der Flugzeug-Endmontage optimieren zu können, schlossen sich die Unternehmen Airbus Operations, die Tox Pressotechnik GmbH, Weingarten, sowie das Fraunhofer Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP zu einem Kooperationsprojekt zusammen und entwickelten gemeinsam eine Komplettlösung, die folgende Vorteile einer robotergestützten Applikation bietet:

  • der Wegfall von Vorbearbeitungen
  • ein einfaches und reproduzierbar qualitätssicheres Setzen der Vollstanzniete
  • eine Entlastung des Montagepersonals von körperlichen Anstrengungen
  • eine hohe Arbeitseffizienz
  • die Prozessdatenerfassung als ein Plus an Transparenz der Fügeprozesse
  • eine effektive Qualitätssicherung in der Flugzeug-Endmontage

Bislang werden die Längsstreben (Stringer) einzelner Segmente des Rumpfes über Stringer-Kupplungen und durch herkömmliche Vollnieten manuell miteinander verbunden. Künftig jedoch sollen hier Vollstanznieten zum Einsatz kommen. Das Verfahren verspricht eine Reduzierung der relevanten Prozessschritte, der Bearbeitungszeit pro Nietverbindung und damit der Montagezeit pro Segment sowie schließlich der Belastung des Montagepersonals. Die Aufgabe lautete: Wie bringt man beim Vollstanznieten großformatiger Segmente in der Flugzeug-Endmontage die benötigte Presskraft mit möglichst wenig körperlicher Anstrengung schnell und positionsflexibel an Ort und Stelle? Eine Herausforderung sind die hohen Presskräfte, die beim Vollstanznieten auftreten. Entsprechend stabil muss die Auslegung der Grundaufnahme für die Niet-Werkzeuge und das Handling ausfallen, was zu einem relativ hohen Gewicht des Vollstanzniet-Setzgerätes führt.

Die gemeinsam erarbeitete Lösung basiert Hardware-seitig im Wesentlichen auf:

  • einer speziell entwickelten und integrierten Handzange mit Steuerung und Sensorik aus dem Tox-Baukasten
  • einer Nietzuführung
  • einem modifizierten kollaborierenden Robotersystem mit einer maximalen Traglast von zehn Kilogramm

Tox Pressotechnik hat die Tox-Handzange, die bis zu fünf in der Länge verschiedenen Vollstanzniete setzen soll, hinsichtlich C-Bügel-Konstruktion/Rachendimensionen, Niederhalter, Nietzuführung, Stempel/Matrize, Griffe/Ergonomie beziehungsweise Andockung an den kollaborativen Roboter angepasst. Die Presskraft für den im Vollstanzniet-Setzgerät integrierten Hydraulik-Zylinder erzeugt das Tox-Kraftpaket X-ES. Der Druckübersetzer ist über eine zehn Meter lange Medienleitung für die Pneumatik, Hydraulik und Elektrik mit dem Setzgerät verbunden und damit positionsflexibel.

Stringer-Zange als Endeffektor fürs Vollstanznieten

Der kollaborierende Roboter ist mechanisch und steuerungstechnisch mit dem Setzgerät gekoppelt und wird, ähnlich einem Balancer, über die Handgriffe geführt und positioniert. Da die sehr kompakte Stringer-Zange inklusive Nietzuführung, Blechdickenmessung, Nietkontrolle und Steuerelemente lediglich 6,5 kg wiegt, lässt sie sich mittels Cobot sehr leicht und absolut zielgerichtet führen und positionieren. Die Stringer-Zange ist für Presskräfte bis 50 kN ausgelegt und weist eine Rachenöffnung von 53 mm auf – gemessen von der Setzachse aus. Sie arbeitet mit einem Krafthub von 11 mm und einem Eilhub von 26,5 mm. Der Gesamthub liegt bei maximal 47 mm und die Werkzeug-Öffnung bei 37,5 mm. Die Hubauslösung erfolgt an den Handgriffen beziehungsweise über die TOX-2-Hand-Steuerung STE, die wiederum mit der Robotersteuerung korrespondiert.

Ein implementierter Kraft-Momenten-Sensor (KMS) erfasst die jeweiligen Kräfte bei der Handführung des Vollstanzniet-Setzgeräts und des Roboters. Die während der Handführung geringen Kräfte übersetzt der Roboter in eine direkt unterstützte Bewegung. Dadurch können die Werker das Vollstanzniet-Setzgerät intuitiv und ohne körperliche Anstrengung frei im Raum zu den vorgegebenen Verbindungspositionen bewegen.

Während Tox Pressotechnik, verantwortlich für Hardware und Steuerung, das Vollstanzniet-Setzgerät samt Nietzuführung und Roboter als funktionsfähiges Komplettsystem lieferte, entwickelte das Fraunhofer IGP die Roboterführung. Zusammen mit der Programmierung des KMS trägt diese ebenso zum Erfolg des gesamten Systems bei, wie die effiziente Verbindungstechnologie. eve

Mehr zu den Roboter-Zangen von Tox:

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Kontakt:
Tox Pressotechnik GmbH & Co.KG
Riedstrasse 4
88250 Weingarten
Tel.: +49 (0) 751 5007–0
E-Mail:info@tox-de.com
Website: www.tox-pressotechnik.com

Fraunhofer Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Albert-Einstein-Straße 30
18059 Rostock
Tel.: +49 381 49682–0
Website: www.igp.fraunhofer.de


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