Werkzeugwechsler

Gregor Neumann, Zimmer Group / dsc,

Eine Roboterzelle für den Flugzeugumbau

Seit der Corona-Pandemie gibt es einen deutlich gestiegenen Bedarf, Passagierflugzeuge in Frachtflugzeuge umzubauen. Bei diesem technisch anspruchsvollen Unterfangen ist die Zimmer Group mit an Bord.

Die Roboterzelle bohrt im Werk bei Paya Lebah Dutzende Löcher in die Bodengitter des Flugzeugtyps 767-300ER von Boeing. © Zimmer Group

Die Luft- und Raumfahrtabteilung des in Singapur ansässigen Unternehmens ST Engineering Aerospace Ltd. – ein Spezialist für den Flugzeugumbau – setzt auf die Unterstützung einer Roboterzelle. Das Unternehmen arbeitet dafür seit 2019 mit dem ebenfalls in Singapur angesiedelten Unternehmen Helios Applied Systems zusammen, um solche aufwendigen Prozesse zu automatisieren.

Die Roboterzelle bohrt im Werk bei Paya Lebah Dutzende Löcher in die Bodengitter des Flugzeugtyps 767-300ER von Boeing. Dafür bewegt sich die Roboterzelle entlang der Bodenstruktur, so dass der Roboter die entsprechenden Löcher nach einem vordefinierten Plan bohren kann. Sie steht in einer Halle, die praktischerweise direkt an die umgerüsteten Flugzeuge angrenzt. Die Roboterzelle besteht aus einer hydraulisch anhebbaren, beweglichen Plattform, einem Yaskawa-Roboter mit 180 Kilogramm Nutzlast, einem End-of-arm-Tool mit einem speziellen, von Helios entwickelten Bildverarbeitungssystem und einer Motorspindel mit 6 kW Leistung sowie einer Hohlschaftkegelaufnahme für den automatischen Werkzeugwechsel.

Eine Spindel macht den Unterschied

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Die wichtigste Voraussetzung für die Wahl der richtigen Spindel war, neben Parametern wie Rundlaufgenauig- keit und hohen Drehzahlen, auch die Möglichkeit, die Spindel mittels Roboter-Wechseleinheiten einfach an den bestehenden Roboter zu adaptieren. Fündig wurde Helios so beim Automatisierungsspezialisten Zimmer Group aus Rheinau in Deutschland. Dieser besitzt weltweit 13 Niederlassungen – drei davon auch in Asien.

Die Zimmer Group lieferte Helios eine luftgekühlte Spindel der Serie HF145-001, die über eine Leistung von 6 kW und eine maximale Drehzahl von 24.000 U/min verfügt, komplett mit EtherCAT-Bedienterminal, allen notwendigen Kabeln und mit dem abgestimmten Frequenzumrichter. Dieser eignet sich besonders für exakte Positionieraufgaben mit integrierter Sicherheitstechnik (STO) und für Vorgänge bei geringer oder hoher Drehzahl.

Darüber hinaus bietet der Umrichter eine optimale Performance bzw. Leistungsausbeute bei perfekter Abstimmung von Spindel und Frequenzumrichter. Um bei zukünftigen Anwendungen flexibler zu sein, wurde die Spindel gleich direkt an eine Roboter-Wechseleinheit (WWS100F-001/WWWS100L-001) – ebenfalls von der Zimmer Group – montiert.

Diese Roboter-Wechseleinheit erlaubt, die Motorspindel gegen ein anderes Werkzeug oder Handling-Aggregat auszuwechseln, um dadurch die Mehrfachnutzung eines Roboters zu ermöglichen. Zusätzlich hat die Zimmer Group auch eine Aufbewahrungsstation für die Werkzeugaufnahme geliefert. Die HSK-Aufnahmen und Werkzeuge selbst wurden vor Ort von Helios zur Verfügung gestellt. Helios nutzt die Zimmer-Spindel mit einer Feldbusanbindung (EtherCAT) und hat dabei die komplette Parametrierung ebenfalls von dem Rheinauer Automatisierungsexperten erhalten. Auch während der Installation und danach unterstützen sie Helios mit ihrem umfangreichen Support zu den Produkten und auch bei Software-Fragen.

Gelungene Zusammenarbeit

„Durch die steife Konstruktion und den sehr ruhigen Lauf der Spindel, auch bei höheren Drehzahlen, ist das Bohrergebnis sehr gut. Man muss bedenken, dass diese Teile leicht und nicht ganz flach sind, so dass das Vision-System die Position und den Winkel jeder Bohrung erkennt”, so Sunil Raibagi, Projektverantwortlicher und Vice President Business Development and Strategy der Zimmer Group.

Auch der Kunde Helios zeigt sich zufrieden: „Wir schätzen die Zimmer Group als langjährigen Partner und sind von den Qualitäten der Spindel absolut überzeugt. Besonders begeistert waren wir auch vom Service der Zimmer Group, die uns während der ganzen Installation immer helfend zur Seite standen,“ so Managing Director Shyi-Herng Kan.

In der Zukunft vielbeschäftigt

Während sich der Roboter derzeit auf das Bohren von Bodengittern konzentriert, arbeitet das Team von ST Engineering mit Helios daran, die Maschine so zu programmieren, dass sie auch zum Setzen von Senknieten eingesetzt werden kann. „Wir glauben, dass die Roboter diese Art von Prozessen gut bewältigen können“, so Hui Fung Lee, SVP und Leiter der Abteilung Innovation und kontinuierliche Verbesserung bei ST Engineering Aerospace in einem Interview der Zeitschrift „cargo facts“.

In den kommenden Monaten wird der Roboter bei ST Engineering auch für andere Funktionen und für die Arbeit an anderen Flugzeugmodellen programmiert, einschließlich der Umrüstung von Airbus-Frachtern. „Wir wissen, dass das P2F-Verfahren sehr komplex ist und viele Menschen für den gesamten Umstellungsprozess benötigt werden“, erklärt Lee. „Daher suchen wir ständig nach Möglichkeiten, unsere Produktivität zu verbessern“, so Lee weiter. Aufgaben, die sich für eine Automatisierung eignen, sind in der Regel standardisiert und sehr repetitiv, so Lee. Ab nächstem Jahr plant ST Engineering, das Bohren von Bodengittern für die A321-200P2F-Umrüstungsprogramme zu automatisieren, die es über EFW, einem Joint Venture mit Airbus, besitzt.

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