Neuer Prozess Kabelbäume: automatisierte Fertigung als Weg aus dem Lieferengpass

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In Europa und China sind Kabelbäume derzeit Mangelware. Es sind überwiegend manuell gefertigte Komponenten. Forscher aus Karlsruhe wollen das nun ändern.

Kabelbäume gehören zu den wenigen Teilen, die vor allem in der Automobilindustrie nach wie vor in Handarbeit gefertigt oder verarbeitet werden müssen. Wegen des Lieferengpasses bei Kabelbäumen könnte nun ein Verfahren attraktiv werden, das Forscher der Hochschule Karlsruhe entwickelt haben: Ein Industrieroboter kühlt die biegeschlafen Kabel, um sie besser greifen und positionieren zu können.

Im Auto wird es eng für die Elektronik

Immer mehr Elektronik soll heute auf immer kleinerem Raum untergebracht werden. Daher werden die Kabel sowie die Verbindungen und Stecker immer kleiner und eine manuelle Verarbeitung immer schwieriger. Die Anforderungen beim Einsatz in Automobilen oder auch zukünftige Entwicklungen bei selbstfahrenden Systemen werden diese Thematik noch verstärken, immer mehr Elektronik auf möglichst kleinem Platz und mit möglichst wenig Gewicht unterbringen zu müssen.

Kleinere Kabelquerschnitte und Kleinstgrößen der Schalter machen es zunehmend schwieriger, Kabelbäume manuell herzustellen. Bislang werden die einzelnen Kabel auf einem Kabelbrett gelegt und in bestimmte Richtungen gebogen oder zusammengesteckt. Eine Automatisierung ist schwierig, weil bisherige Produktionssysteme nicht in der Lage waren, nicht exakt platzierte biegeschlaffe Kabel zu greifen oder Stecker zu verbinden.

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Die beiden Professoren Bernd Langer und Martin Kipfmüller haben an der Hochschule Karlsruhe ein Verfahren zur automatisierten Herstellung und Montage von Kabelbäumen entwickelt. Mit diesem Verfahren soll es möglich werden, Industrieroboter zur Herstellung von Kabelbäumen flexibel und wirtschaftlich einsetzen zu können.

Industrieroboter vereisen Kabel

Der Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung ist im biegesteifen Zustand klar definiert und linear. Diesen Zustand stellen die Forscher her, indem sie das Kabel einfrieren. Ein Industrieroboter kann das Kabel dann greifen, formen und auf einer Verlege-Anordnung fixieren. Diese „Kabelbrett“ hat zudem bewegliche und temperierbare Stifte. Das Abkühlen kann in einem Kühlbereich oder durch Kühlbacken – also einem Mikroklima – erfolgen. So ist es denkbar, dass im Greifer des Industrieroboters Heiz- und Kühlelemente enthalten sind.

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Die Kabel werden an der Biegestelle lokal erwärmt, damit die Isolation bei der Verformung nicht irreversibel geschädigt wird. Anschließend wird das Kabel sofort wieder abgekühlt, damit die Biegung stabilisiert. Die Roboterarme können dann mit vordefinierter Kraft den nächsten Kabelabschnitt ausrichten. Besonders interessant ist, dass nun Kabel auch durch Steckerwände hindurch gesteckt werden können, ohne dass dies abknicken.

Automatisierung kundenspezifischer Kabelbaumfertigung

Die Grundlagen für einen Prototypen sind vorhanden, meldet das Forscherteam. Nun gehe es um industrielle Anwendungsfälle. Das Verfahren ermögliche durch das Abkühlen eine Automatisierung im Bereich der Kabelbaumherstellung mit hoher kundespezifischer Varianz und Flexibilität. Der Kabelbaum kann kurz vorher in der gewünschten Ausfertigung produziert werden und steht dann exakt zum Einbauzeitpunkt bereit. So muss nicht mehr – wie bisher – eine wochenlange Lieferzeit eingeplant werden. Damit könne die Kabelbaumproduktion in die Industrieländer zurück verlagert werden und somit näher an der Fahrzeugfertigung erfolgen.

One-Piece-Flow erhöht die Flexibilität

Wenn der Kabelbaum durch die Automatisierung innerhalb des Produktionslaufs hergestellt werden kann, wird auch der so genannte One-Piece-Flow möglich, was wiederum die Flexibilität erhöht.

Patente für die Erfindung wurden in Deutschland und verschiedenen europäischen Ländern erteilt. Das Technologie-Lizenz-Büro (TLB) unterstützt die Hochschule Karlsruhe bei der Vermarktung der Idee. Unternehmen können über das TLB Lizenzen oder die Patente erwerben.

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