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C2I 2022: Gewinner im Bereich Fertigungstechnik - Überall Schlangen!

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Ein fortschrittlicher, schlangenähnlicher Roboter, der ursprünglich für die Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt wurde, könnte letztlich die Wartungs- und Fertigungsabläufe vor Ort in einer Reihe von schwer zugänglichen Umgebungen verändern

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Kategorie: Fertigungstechnologie - gesponsert von High Value Manufacturing Catapult

Hauptsponsor: Babcock International Gruppe

Projekt: Snakes Everywhere - von der Luft- und Raumfahrt bis zur Medizintechnik und darüber hinaus

Partner: Rolls-Royce Plc mit der Universität von Nottingham

Die Vermeidung von Ausfallzeiten ist eine Priorität für jedes technische Unternehmen. Und für Rolls-Royce plc, dessen bahnbrechendes Geschäftsmodell der "stundenweisen Stromversorgung" von der Verfügbarkeit der Anlagen abhängt, ist der Bedarf an Technologien, die Düsentriebwerke in Betrieb halten und Störungen vermeiden können, seit langem eine wichtige Triebfeder für Innovationen.

Das neueste Werkzeug des Unternehmens - Gewinner des diesjährigen C2I-Preises in der Kategorie Fertigungstechnologie - stellt einen spannenden Fortschritt in diesem sich schnell entwickelnden Bereich dar, der nicht nur der Luft- und Raumfahrtbranche, sondern auch einer Vielzahl von Anwendungsbereichen in schwer zugänglichen Umgebungen zugute kommen könnte.

Der im Rahmen einer langjährigen Partnerschaft mit Forschern der Universität Nottingham entwickelte schlangenähnliche Kontinuumsroboter ist ein flexibler, schlangenartiger Roboter, der in der Lage ist, eine Reihe von Werkzeugen zur Durchführung fortschrittlicher Prozesse innerhalb eines Düsentriebwerks zu tragen, ohne es vom Flügel entfernen zu müssen. Rolls-Royce behauptet, dass das Gerät anpassungsfähiger, geschickter und einfacher zu steuern ist als bestehende handelsübliche In-situ-Geräte (z. B. Endoskope), denen es an Reichweite und Geschicklichkeit fehlt, um anspruchsvolle Aufgaben wie die Reparatur oder Wartung von Komponenten durchzuführen.

Das Team, das hinter der Technologie steht und Disziplinen wie Robotik, Mechatronik, Photonik und Systemintegration umfasst, hat das Konzept bis zur Industrialisierung vorangetrieben und arbeitet nun mit einer Reihe von Partnern zusammen, um den Sprung von der Technologiereife-Stufe 6 zur vollständigen Kommerzialisierung zu schaffen.

Andy Norton, Rolls-Royce In-Situ Technology Specialist, erklärte gegenüber The Engineer, dass die Initiative auf einer Reihe früherer Schlangenroboter-Projekte aufbaut, die von den Teams von Rolls-Royce und Nottingham durchgeführt und vom Aerospace Technology Institute und Innovate UK unterstützt wurden.

Zu diesen Projekten gehören COBRA (bei dem ein langer, dünner Schlangenroboter mit modularem Aktuatorpaket entwickelt wurde), FLARE (ein Projekt, das zur Entwicklung von zwei Roboterschlangen führte, die zusammenarbeiten, um Beschichtungen vor Ort zu reparieren), CHIMERA (ein halbautonomer Roboter für die Inspektion von Druckbehältern) und REINSTATE (bei dem Fortschritte bei der fortschrittlichen Betätigung, Sensorik und Steuerung erzielt wurden). Das jüngste System, so Norton, ist "skalierbarer, robuster, anpassungsfähiger und feldtauglicher als frühere Projekte"

Die Verfügbarkeit von Schlangenrobotern wird es ermöglichen, mehr Arbeiten an Ort und Stelle auszuführen, mehr Arbeiten ferngesteuert oder autonom durchzuführen und komplexere Reparaturmethoden anzuwenden

Andy Norton - Spezialist für In-Situ-Technologie, Rolls-Royce Plc

Der Einsatz dieser Technologie könnte, so Norton, für die Zivilluftfahrt große Vorteile mit sich bringen. "Die Verlängerung der Flugzeit und die Verringerung der Anzahl ungeplanter Triebwerksausbauten sind für die Nachhaltigkeit des Unternehmens von entscheidender Bedeutung Darüber hinaus habe die Technologie einige überzeugende Vorteile gegenüber den bestehenden Methoden, erklärte er: "Zwar gibt es heute schon konventionelle Werkzeuge wie Boroskop und Boreblender, die bei der Beurteilung des Triebwerkszustands und der Behebung von Schäden durch Fremdkörper im Kompressor sehr erfolgreich sind, doch die Verfügbarkeit von Schlangenrobotern wird es ermöglichen, mehr Arbeiten vor Ort durchzuführen, mehr Arbeiten ferngesteuert oder autonom durchzuführen und komplexere Reparaturmethoden anzuwenden

Norton fügte hinzu, dass fortschrittliche Technologien wie diese unerlässlich sind, damit die Instandhaltungssysteme mit den ständigen Fortschritten in der Triebwerkstechnologie Schritt halten können. "Da Triebwerksarchitekturen und -werkstoffe immer komplexer werden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, wird die Reparatur und Wartung dieser Teile über die gesamte Lebensdauer hinweg immer schwieriger - nur durch den Einsatz eines geschickten und kommerziell einsatzbereiten Schlangenrobotersystems könnten solche In-situ-Reparaturen überhaupt ins Auge gefasst werden."

Es überrascht nicht, dass die technologische Komplexität des Projekts ein hohes Maß an Zusammenarbeit erforderte. "Die Technologie ist komplex und vielschichtig (die Roboterhardware, die Steuerung und Software, das Inspektions- und Reparaturwerkzeug an der Spitze)", so Norton. "Meine Aufgabe ist es, die richtigen Leute mit den richtigen Fachkenntnissen zusammenzubringen und das notwendige Systemdenken und die Projektsteuerung anzuwenden, um den Projekterfolg sicherzustellen."

Über das unmittelbare Projekt hinaus gab es auch eine umfassende Zusammenarbeit mit dem breiteren Forschungsnetz bei der Entwicklung von Werkzeugen und Verfahren, die vom Roboter eingesetzt werden könnten. "Dazu gehört die Zusammenarbeit mit Metallisation bei der Reparatur von Beschichtungen, mit OpTek bei der Laserablation und mit Clifton Photonics bei der Kontaminationsanalyse", so Norton. "In den kommenden Jahren werden diese miniaturisierten Endeffektoren ausgereift und vollständig validiert sein, um in einem Triebwerk eingesetzt zu werden und Rolls-Royce und seinen Kunden weitere Vorteile zu bieten."

Obwohl die Technologie ursprünglich für Reparaturen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt wurde, kann sie in einer Reihe von Umgebungen eingesetzt werden, in denen der Zugang eingeschränkt ist. Tatsächlich wurden Versionen des Roboters bereits erfolgreich in Bereichen wie Kernkraft, Telekommunikation, Infrastruktur und sogar Chirurgie eingesetzt. "Das Team hat mit Endanwendern in anderen Sektoren wie der Kerntechnik sowie der Öl- und Gasindustrie zusammengearbeitet", so Norton. "Im Rahmen des von der britischen Regierung finanzierten RAIN-Projekts hat das Team in Nottingham den Prototyp einer Glovebox-Inspektionsschlange entwickelt, die von der Außenwelt aus bedient werden kann und so die Produktivität erhöht. In der Öl- und Gasindustrie gibt es ein Netz von Rohren und Lagerbehältern, die regelmäßig inspiziert und repariert werden müssen, auf die Mechaniker aber nicht ohne weiteres zugreifen können, ohne die Anlage vom Netz zu nehmen; im Rahmen des CHIMERA-Projekts hat das Team mit Forth Engineering und Metallisation zusammengearbeitet, um eine potenzielle Methode für In-situ-Reparaturen mithilfe der Schlange zu demonstrieren

Das Team der Universität Nottingham hat sogar mit einem führenden britischen Kehlkopfchirurgen zusammengearbeitet, um herauszufinden, ob der Schlangenroboter für die Behandlung von Kehlkopf- und Stimmlippenkrebs geeignet ist.

Das Projektteam ist derzeit dabei, das System zu industrialisieren und arbeitet mit einer Reihe von Unternehmen zusammen, um sicherzustellen, dass die Technologie die richtigen Eigenschaften für den Einsatz in der Praxis aufweist. "Obwohl in den nächsten Jahren noch weitere Entwicklungsarbeit erforderlich ist, wird erwartet, dass Rolls-Royce schon bald in der Lage sein wird, solche Geräte für komplexe Inspektionen innerhalb des globalen Netzwerks einzusetzen und so dazu beizutragen, dass die Triebwerke in der Luft bleiben und die Kunden weniger gestört werden