Energieeffizienter Bearbeitungsroboter mit selbstadaptierendem Systemverhalten für spanende Arbeitsvorgänge an inhomogenen Werkstoffverbunden (BOSS)

Problemstellung
Die am weitesten verbreiteten Systeme zur spanenden Bearbeitung großvolumiger Bauteile aus Faserkunststoffverbundwerkstoffen (FKV) sind heute mehrachsige Portalfräsanlagen. Deren kostenintensiver Einsatz bei der Bearbeitung von z.B. Rotorblättern für Windräder aus glasfaserverstärktem Kunststoff, begründet sich mit ihrer vergleichsweise hohen mechanischen Steifigkeit und der hieraus resultierenden hohen Reproduzierbarkeit des Bearbeitungsergebnisses. Kosten- und energieeffiziente Lösungen zur Realisierung solcher Bearbeitungsaufgaben, wie etwa der Einsatz von Industrierobotern mit spindelgetriebenen Werkzeugköpfen, scheiterten bisher an der unzureichenden Systemsteifigkeit bzw. -dämpfung. Während der Bearbeitung treten häufig unerwünschte Strukturschwingungen auf, die zu einer inakzeptablen Bearbeitungsqualität führen.

Projektziele
Vor diesem Hintergrund strebte das Forschungsprojekt boss einen neuartigen Technologieansatz zum Einsatz energieeffizienter Knickarm-Bearbeitungsroboter mit selbstlernendem Systemverhalten für spanende Arbeitsvorgänge an Faserverbundwerkstoffen an. Ergebnis ist die Entwicklung eines robotergeführten Bearbeitungssystems mit einer integrierten Schwingungs- und Lastausgleichseinheit.

Vorgehensweise
Die Gewährleistung uneingeschränkter Systemdynamik und die gleichzeitige Verbesserung der Energieeffizienz erfordern am Roboter den Einsatz multifunktionaler Leichtbaukomponenten mit integrierten Sensor-Aktor-Netzwerken in Kombination mit zugehöriger Leistungs- und Echtzeit-Steuerungselektronik. Darüber hinaus soll das avisierte universale Bearbeitungssystem mit verschiedenartigen Werkzeugköpfen kombinierbar sein und über modulare Steuerungs- und Regelungstechnik zur aktiven Schwingungsdämpfung und Lastkompensation für den Einsatz in unterschiedlichen Bearbeitungsprozessketten verfügen. Anhand eines Fallbeispiels Fräsbearbeitung an der Rotorblattwurzel einer Windenergieanlage wurden die entwickelten Methoden und Anlagenkomponenten validiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die realisierte Reduktion bewegter Massen, die Erhöhung der Genauigkeit und die Steigerung der Produktivität beinhalten erhebliches Ressourceneffizienz-Potenzial für die robotergeführte Bearbeitung von FKV-Bauteilen in Serienanwendungen. Hohes Anwendungspotenzial besteht für die Bearbeitung großvolumiger Bauteile in der Windkraft- und Luftfahrtindustrie sowie in allen Branchen des Fahrzeugbaus.

• ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH
• KUKA Deutschland GmbH
• Leichtbau-Systemtechnologien KORROPOL GmbH
• MAG IAS GmbH
• Technische Universität Dresden
• Universität Stuttgart