Suchen

Robotik Roboter beschleunigen die Prüfung von Turboladern

| Redakteur: Hermann Jörg

>> Neu entwickelte Turbolader müssen auf Herz und Nieren getestetwerden, bevor sie zum Kunden gehen. Obwohl ABB die meisten Prüfungenautomatisiert hat, ist bei einigen Testläufen noch Handarbeit erforderlich.Dies kann den Aufwand erhöhen und die Entwicklungszeit verlängern. Bei Akustik- und Dichtheitsprüfungen hat sich eine Roboterlösung bewährt.

Firmen zum Thema

Zufrieden mit der implementierten Roboterlösung: (von links) Theo Burkart (ABB Robotics), Carsten Spinder (ABB Turbo Systems) und Andreas Arnold (ABB Robotics).
Zufrieden mit der implementierten Roboterlösung: (von links) Theo Burkart (ABB Robotics), Carsten Spinder (ABB Turbo Systems) und Andreas Arnold (ABB Robotics).
(Bild: ABB)

joe. Die ABB Turbo Systems Ltd. mit Hauptsitz in Baden zählt zu den wichtigsten Geschäftsbereichen des ABB-Konzerns. Der Bereich ist auf Turbolader für grosse Diesel- und Gasmotoren spezialisiert. Mit einem Leistungsbereich von 500 kW bis deutlich über 80 MW sind die Motoren in der Schifffahrt zu finden, bei der Erzeugung von Strom an Land und auf See sowie beim Antrieb von Schienenfahrzeugen, grossen Nutzfahrzeugen im Bergbauwesen und bei der Gasverdichtung in Erdgaspipelines.

ABB ist mit rund 200 000 installierten Turboladern für Grossmotoren Marktführer in einem sehr internationalen Business, mit über 100 Servicestationen in mehr als 50 Ländern. Darüber hinaus zeichnet sich das Unternehmen als Vorreiter bei technischen Innovationen aus. Produziert wird in der Schweiz, in China und Indien; geforscht und entwickelt wird nach wie vor in Baden. Dies bringt in Baden ein umfangreiches Testen von Turboladern mit sich, um allerhöchste Qualität und Sicherheit zu gewährleisten.

Einfluss auf die Entwicklungszeit

Im Test Center in Baden werden Messungen an Turboladern mit modernster Technik und mit einem hohen Mass an Automation durchgeführt. Ist der Versuchsaufbau fertig und der Kontrollgang durchgeführt, ist es im Normalfall nicht mehr notwendig, den Prüfstand zu betreten. Abgesehen von zwei Ausnahmen: Die Lärmqualifikation und die Helium-Leckage-Messung sind mit sehr viel Handarbeit verbunden, weshalb der Prüfstand während des Testbetriebs regelmässig von Mitarbeitenden betreten werden muss. Daraus ergeben sich weit reichende Vorsichtsmassnahmen, die Einfluss auf die gesamte Entwicklungszeit haben.

So dürfen diese beiden Tests aus Gründen der Sicherheit für die Mitarbeitenden nur mit Turboladern durchgeführt werden, die zuvor andere wichtige Tests erfolgreich bestanden haben. Diese können allerdings oft erst zu einem relativ späten Zeitpunkt in der Entwicklung beziehungsweise Qualifikation durchgeführt werden. Besteht der neu entwickelte Turbolader diese vorgängigen Tests nicht, muss das gesamte Versuchskonzept neu überprüft werden. Dies hat oft zu Verschiebungen im Versuchsplan geführt oder dazu, dass teure Versuchsteile im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt werden mussten.

Alternativen gesuchtund gefunden

Daher hat ABB nach alternativen Vorgehensweisen gesucht. Dabei wurde evaluiert, wie die Messungen umgesetzt werden können, ohne dass Mitarbeitende den Prüfstand im Betrieb betreten müssen. Trotz der Vielzahl an Methoden zur Automatisierung kristallisierte sich der Industrieroboter als beste Lösung heraus. Und das, obwohl die gestellten Anforderungen nicht unbedingt der typischen Anwendung eines solchen Roboters entsprechen: Ein Industrieroboter führt im Allgemeinen einen sich ständig wiederholenden Bewegungsablauf aus und wird in einer nur beschränkt veränderlichen Umgebung eingesetzt. Das ist bei der Akustikmessung und bei der Helium-Leckage-Messung vollkommen anders. In jeder Messung steht ein neues Objekt auf dem Prüfstand und als Umgebung kommen alle Prüfstände des Test Centers in Frage. Daher muss der Roboter für jede Messung neu aufgestellt und programmiert werden.

Ein Roboter für alle Fälle

Entsprechend bestand die erste Herausforderung darin, die Programmierung des Roboters so zu gestalten, dass sie von den Mitarbeitenden des Test Centers selber auf den jeweiligen Turboladertyp und Prüfstand angepasst werden kann. Als zweiter Punkt war der Roboter mobil zu halten, das heisst, zwischen den Messungen wird er abgebaut und aus dem Prüfstand entfernt. Und nicht zuletzt musste der Roboter in das bestehende Leit- und Sicherheitssystem integriert werden. Mehrere Anbieter setzten sich mit diesen ungewöhnlichen Voraussetzungen konkret auseinander. Dabei wurden durchaus kreative und ungewöhnliche Lösungen vorgeschlagen.

Vorschlag von ABB Robotics überzeugte

Nach intensiven Verhandlungen fiel die Entscheidung zu Gunsten des Vorschlags von ABB Robotics. Durch ein modular ausgelegtes Programm, mit der zurzeit modernsten Programmiersprache und einer ausreichenden Hebelast verfügt das Test Center von ABB Turbo Systems nun über ein offenes System, das Einsatzmöglichkeiten des Roboters auch für andere Anwendungen eröffnet (beispielsweise optische Verformungs- und Schwingungsmessungen). Für das modulare Programm hat ABB Robotics in enger Zusammenarbeit mit der zuständigen Abteilung verschiedene Funktionen programmiert, die mit vergleichsweise wenig Programmieraufwand umfangreiche Bewegungsabläufe des Roboters berechnen. Als Beispiel sei hier das Abfahren einer spiralförmigen Bewegung genannt. Durch diese speziell entwickelten Funktionen kann der Roboter nun effizient auf den Prüfständen eingesetzt und rasch an verschiedene Turboladergrössen angepasst werden.

Im Betrieb bewährt

Im November 2010 wurde der Roboter, ein IRB 4600 der neusten Generation mit einer Handhabungskapazität von 45 kg und einem 2,05 m grossen Arbeitsradius, zusammen mit dem speziell entwickelten Teleskop-Greifer für die Messausrüstung in Betrieb gesetzt. Anschliessend wurde die Lärmqualifikation mit einem Turbolader der neuen A100-M-Reihe erfolgreich durchgeführt. Inzwischen konnte der Einsatz des Roboters für Akustikmessungen durch eine weitere Lärmmessung konsolidiert werden. Gleichzeitig wurden alle Prüfstände in Baden für den Betrieb mit Robotern umgerüstet. Damit können die Lärmqualifikation und die Helium-Leckage-Messung in Zukunft flexibler im Entwicklungsprozess von Turboladern eingebunden und durchgeführt werden. Der Aufenthalt von Mitarbeitenden während des Betriebs im Prüfstand ist nun nicht mehr erforderlich. <<

(ID:34163280)