Produktion Robotergestützte Montage von Hochvolt-Steckern für E-Fahrzeuge

Fünf Millionen Hochvolt-Stecker jährlich: Das erfordert eine leistungsfähige Montageautomation. Stäubli ermöglicht das einem Zulieferer mit sechs Robotern in einer komplexen, hochflexiblen Produktionsumgebung.

Die Nachfrage nach Montagelösungen für E-Komponenten bei den Sondermaschinenbauern steigt deutlich. So wandte sich zum Beispiel ein internationaler Automobilzulieferer mit einem anspruchsvollen Projekt an die schwäbische Eberhard AG mit Sitz in Schlierbach. Die Aufgabe: eine Montageanlage für Hochvolt-Steckverbinder zu planen und zu errichten. Die Anlage sollte neben der Montage weitere Aufgaben übernehmen – das optische Prüfen aller Montageschritte, die Dichtheitsprüfung jedes Steckers und das Verpacken der fertigen Hochvoltstecker in Trays.

„Zu den Besonderheiten bei dem Projekt zählten die geforderte Stückzahl von fünf Millionen Einheiten jährlich, eine kurze Taktzeit von maximal drei Sekunden pro Stecker und eine zukunftssichere Auslegung der Anlage für möglichst viele Steckervarianten.

Hängende Roboter ermöglichen kompakte Ausführung

Beim ersten Blick auf die Anlage fällt auf: Die Montageanlage umfasst 13 Stationen, sechs Roboter und 13 Vision-Systeme – auf kompaktem Bauraum. Vor allem die sechs Sechsachsroboter über den Stationen hängend anzuordnen, spart deutlich Platz.

Bei allen sechs Robotern handelt es sich um schnelle und hochpräzise Stäubli-Sechsachser vom Typ „TX2-60L“, also die Variante mit verlängerter Reichweite. Sie können bei einer Wiederholgenauigkeit von +- 0,03 mm beachtliche 920 Millimeter weit greifen. „Wir haben die Roboter aber nicht nur wegen ihrer Dynamik ausgewählt, sondern eben auch aufgrund ihrer kompakten Bauweise, ihrer Schnittstellen zu den Feedern und Kameras und nicht zu vergessen wegen ihrer sprichwörtlichen Zuverlässigkeit. Wir müssen unserem Kunden eine Gesamtanlagenverfügbarkeit größer 95 Prozent garantieren und können deshalb nur erstklassige Komponenten einsetzen“, betont Abdullah Kotan.

Vier der sechs Roboter sind mit Kamerasystemen ausgestattet, um Teile von Zuführsystemen, die basierend auf Vibrationsplattformen ausgeführt sind, abgreifen zu können. Die Eberhard-Konstrukteure setzen bevorzugt auf diese hochflexiblen Zuführsysteme. So stellen sie sicher, dass beim Wechsel von einer Variante auf eine andere kaum mechanische Umstellungen erforderlich sind. Kommt eine weitere Variante hinzu, reicht zumeist das Einlernen über die Bildverarbeitung.

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Montieren und Prüfen im Gleichtakt

Die Montage der Stecker folgt einem klaren Konzept: Jedem Arbeitsschritt nachgelagert ist eine Qualitätsprüfung. Beispiel Station 1: Hier entnimmt der erste TX2-60L mit Conveyor Tracking ein Steckergehäuse von einem konstant laufenden Zuführband und legt es in einen Werkstückträger ein. In diesem durchläuft es alle Stationen der Anlage. In Station 2 erfolgt eine optische Qualitätskontrolle, bei der Codierung und Farbe geprüft werden.

Das gleiche Prinzip folgt an den nächsten beiden Stationen: Hier holt sich der zweite Stäubli-Sechsachser mit den Positionsdaten eines Visionsystems eine Steckerverriegelung an einer Vibrationsplattform ab und montiert sie am Steckergehäuse. Auch hier setzt Eberhard auf eine sofort anschließende Qualitätssicherung, bei der die Kriterien Beschädigung und Montageposition im Fokus der Bildverarbeitung liegen. Nach diesem Prinzip durchläuft das Steckergehäuse alle weiteren Stationen bis zu seiner Fertigstellung.

Durchgängige Inline-Qualitätskontrolle

Bis das Bauteil die Anlage verlässt, stehen noch drei weitere Montageschritte an, bei denen die ultraschnellen Stäubli-Sechsachser eine Dichtung, einen Rahmen und das komplette Steckerinnenteil montieren. Nachgelagert ist wie immer nach jeder Station eine Inline-Qualitätskontrolle.

Bevor der letzte der sechs Stäubli-Roboter den komplett montierten Hochvolt-Stecker an das Palettiersystem PTS 64, eine Eigenentwicklung von Eberhard, zur Verpackung übergibt, steht noch eine Dichtheitsprüfung an. Um hier die Taktzeit halten zu können, setzt Eberhard auf einen Rundschalttisch mit vier Stationen und vierfach ausgeführter Prüfaufnahme. Dank dieser Installation wird die Prüfung nicht zum Flaschenhals.

Umrüsten innerhalb von zehn Minuten

Im ersten Schritt laufen nur drei Varianten über die Anlage, aber bereits heute steht fest, dass die Variantenanzahl in kurzer Zeit signifikant zunehmen wird. Dank der hochflexiblen Auslegung der Anlage kann der Anwender dieser Entwicklung gelassen entgegensehen.

Auch wenn zunächst nur drei Varianten produziert werden, steht eine Umrüstung doch ein bis zwei Mal täglich auf dem Programm. „Unser Kunde fährt kleinere Losgrößen und deshalb muss die Umrüstung innerhalb kürzester Zeit abgeschlossen sein. Vom letzten Teil des laufenden Produktes bis zum ersten Teil des neuen Produktes gelingt der Wechsel innerhalb von zehn Minuten.“, so Abdullah Kotan.

Taktzeitvorgaben übertroffen

Bereits bei der Vorinbetriebnahme der Anlage konnte die geforderte Taktzeit von drei Sekunden unterschritten werden. Derzeit liegt die Taktzeit der Anlage bei rund 2,7 Sekunden pro Hochvolt-Stecker. Das entspricht exakt der vorherigen Simulation, die in enger Zusammenarbeit mit Stäubli Robotics erfolgte. Dass sich das Ergebnis der Simulation hundertprozentig mit der Realität deckt, zeigt, wie exakt sich Prozesse – die richtigen Tools vorausgesetzt – heute simulieren lassen.

„Wir sind uns sicher, die Anlage im konkreten Einsatz beim Kunden in Mexiko noch weiter in kleinen Details optimieren zu können, sodass wir das Ergebnis vielleicht im Rahmen weniger Prozentpunkte werden verbessern können. Sollte es uns gelingen, die Taktzeit um 12 bis 14 Prozent zu reduzieren, ist das natürlich bei einer Jahresproduktion von fünf Millionen Steckern ein beachtliches Ergebnis“, beschreibt Abdullah Kotan abschließend.

Die Eberhard AG

Das Unternehmen Eberhard wurde 1964 gegründet und beschäftigt heute 320 Menschen. Die Kernkompetenz sind badarfsgerechte Automations- und Montagelösungen für die Leiterplattenbestückung und Steckverbinderfertigung. Die beschriebene Anlage wurde kürzlich fertiggestellt und wird künftig in Mexiko eingesetzt.

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