Ein perfektes Klebe-Doppel

Zwei sensitive ­Leichtbauroboter des Modells LBR iiwa von Kuka arbeiten Hand in Hand mit den ­Werkern bei Klebeverfahren der Firma Dürr.

Dieser Artikel gehört zum Themen-Special Roboter für jedermann

Roboterzellen mit Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) entwickelt Dürr als Lieferant schlüsselfertiger Anlagen für automatisierte Klebeprozesse. Mensch und Roboter arbeiten dabei ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammen. In der Automobilbranche etwa findet das Unternehmen viele Anwender. Sowohl zum Kleben von Finnen als auch zum Einkleben von Tanks in die Karosserie von Autos kommen die Cobots LBR iiwa von Kuka zum Einsatz. Sie erhöhen die Qualität des Klebeergebnisses, sparen Zeit und senken die Stückkosten.

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, Experte für Kleben bei der Dürr Systems AG, die MRK-Fähigkeit des Cobots. Erst nach drei Versuchen fährt er in die Ausgangsposition zurück. Ansonsten wird der Klebeprozess gestartet und die Kleberaupe sorgfältig aufgetragen, während der Cobot die Bahn abfährt. Anschließend entnimmt der Werker die Finne wieder am Ausgangspunkt und verbaut sie am Fahrzeug.

Hohe Sicherheitsanforderungen

Für das automatisierte Tankeinkleben mit dem LBR iiwa 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 Cobot trägt dann die Klebenaht in hoher Gleichmäßigkeit auf den Tank auf und überwacht mittels Sensoren am Applikationskopf die passgenaue Höhe der Naht. "Zwar ist eine Kleberaupe per Handauftrag machbar, doch an die Präzision eines Roboters reicht das Ergebnis nicht heran", erklärt Ahlborn. Eine roboterbasierte Lösung kann – im Gegensatz zu einem Linearportal – die dreidimensionale Komplexität der Raupengeometrie 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. Wenn er seine Arbeit beendet hat, tritt wieder der Facharbeiter in den Mittelpunkt, indem er den Tank an der vorgegebenen Position in die Fahrzeugkarosserie einpasst. Dieser komplexe Vorgang erfordert die individuellen Fähigkeiten des Menschen. Der Manipulator unterstützt ihn bei ergonomisch ungünstigen Bewegungsabläufen.

Obwohl Zäune und Einhausungen bei beiden Klebeprozessen fehlen, sind die Sicherheitsanforderungen hoch. Das gesamte Sicherheitskonzept muss strenge Vorgaben und Normen erfüllen, die auf einer Risikobewertung basieren. Dazu wird etwa der Roboter so platziert, dass der direkte Kontakt mit dem Menschen möglichst minimiert wird. Zudem muss der Roboter innerhalb von Millisekunden abschalten, sobald eine Berührung registriert wird. Das Konzept für die Klebezellen ist 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. "Wir liefern die Anlagentechnik für die neue Mensch-Roboter-Kollaboration komplett aus einer Hand", sagt Ahlborn. 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 habe man das Kleben von kleinen Scheiben und anderen Bauteilen im Visier.