Steckermontage per Roboter

Sportlich und präzise Die Fertigung von täglich rund 200.000 Parkdistanzsensoren gehört zu den anspruchsvollen Automatisierungsaufgaben. Insbesondere die Montage der Kontaktpins samt integrierter Qualitätssicherung erfordert ein Höchstmaß an Präzision unter sportlichen Taktzeitvorgaben.

Mit einer Taktzeit von rund fünf Sekunden kommt die mit einem Stäubli TX60 Roboter bestückte Kutzschbach-Anlage auf einen Output von deutlich über 10.000 Stecker-Einheiten pro Tag.

Mit einer Taktzeit von rund fünf Sekunden kommt die mit einem Stäubli TX60 Roboter bestückte Kutzschbach-Anlage auf einen Output von deutlich über 10.000 Stecker-Einheiten pro Tag.

Parkdistanzsensoren haben Konjunktur. Die nützlichen Helfer, die in der automobilen Oberklasse längst einen Stammplatz auf der Ausstattungsliste einnehmen, setzen sich heute in nahezu allen Fahrzeugklassen durch. Das Komfort- und Sicherheitsplus überzeugt immer mehr Fahrzeuglenker – die Nachfrage steigt beständig.

Ein renommierter Automobilzulieferer produziert derzeit über 200.000 Parkdistanzsensoren täglich und deckt damit einen großen Teil des weltweiten Bedarfs ab. Bei der Herstellung der Sensoren, die im späteren Einsatz unter allen Witterungsbedingungen zuverlässig ihren Dienst versehen müssen, dominieren hohe Qualitätsmaßstäbe und mindestens ebenso hohe Anforderungen an Output und Präzision. Kein Wunder, dass es zur Vollautomation keine wirtschaftliche Fertigungsalternative gibt.

Eine besonders diffizile Aufgabenstellung im Herstellungsprozess ist die Montage der äußerst feinen Kontaktpins in das Spritzgussgehäuse der Sensoren. Eine Applikation, die auch die Experten für hochwertige Prüf- und Automatisierungstechnik der Kutzschbach Electronic bei der Konzeption der Montageanlagen forderte, wie Walter Wüst, Leiter der Softwareentwicklung bei Kutzschbach erläutert: „In unseren Anlagen, die die Konfektionierung der Sensorgehäuse mit den Kontaktpins vornehmen, steckt jede Menge Know-how. Die besondere Herausforderung bestand darin, eine Präzisionsmontage der Pins im Toleranzbereich von einem Zehntelmillimeter mit einem Sechsachsroboter zu realisieren und dabei gleichzeitig den enormen Taktzeitvorgaben standzuhalten.“

Um die Kriterien geringer Platzbedarf und hoher Output zu vereinen, wurde die Maschine als Rundtelleranlage konzipiert.

Um die Kriterien geringer Platzbedarf und hoher Output zu vereinen, wurde die Maschine als Rundtelleranlage konzipiert.

Rundtaktanlage: geringer Platzbedarf bei maximalem Output

Kutzschbach Electronic verfügt seit über 30 Jahren über gebündelte Kompetenz im IT-Geschäft sowie in der Softwareentwicklung, Automatisierung und der Messtechnik. Im Bereich der Mess- und Datentechnik programmieren die Kutzschbach-Entwickler meist in höheren Programmiersprachen. Mit der Erfahrung aus Dutzenden von Projekten entschied man sich in diesem Fall konzeptionell für eine Rundtelleranlage, um die Kriterien geringer Platzbedarf und hoher Output zu vereinen. Um dennoch ein gewisses Maß an Flexibilität zu gewährleisten, ist der Rundtisch mit einigen Leerstationen ausgeführt, die hier noch Spielraum für zusätzliche Aufgaben und Varianten bieten. Derzeit läuft ein rundes Dutzend unterschiedlicher Sensorvarianten über die knapp zwanzig Kutzschbach-Anlagen, die mit nahezu identischem Layout an Produktionsstandorten in Deutschland, Europa und in aller Welt im Einsatz sind.

Die Montage erfolgt nach einem immer gleichen Ablauf. Die Sensorgehäuse erreichen die Anlage auf Werkstückträgern über ein Transfersystem. Eine Lineareinheit übernimmt die Zuführung der Piezo-Sensorgehäuse und deren Positionierung auf dem Rundteller. An der ersten Station steht eine reine Qualitätsprüfung an, bei der das Piezoelement einer Widerstands- und Kapazitätsmessung unterzogen wird.

Die nächste Station bildet das eigentliche Highlight der Anlage. Hier steht die hochgenaue Positionierung der hauchdünnen Pins innerhalb des Sensorgehäuses auf dem Programm, die ein Sechsachs-Roboter im High-Speed-Modus erledigt. Die Aufgabe des Roboters ist vergleichbar mit dem ultraschnellen Einfädeln eines Fadens in ein Nadelöhr, und das über 10.000 Mal am Tag mit immer gleicher Präzision.

Roboter: Präzision und High-Speed gefragt

Das Anforderungsprofil für die Wahl des Roboters ist damit klar definiert. Gesucht war ein Sechsachser mit überragender Geschwindigkeit und Präzision. Darüber hinaus sollte die Maschine aufgrund des platzoptimierten Anlagenlayouts kompakt bauen und zuverlässig im Drei-Schicht-Betrieb arbeiten. Warum die Wahl auf einen Stäubli TX60 fiel, bringt Walter Wüst auf den Punkt: „Der TX60 erfüllt unsere Kriterien in optimaler Weise. Was aber einzigartig an diesem Stäubli Roboter ist, ist seine unglaubliche Präzision und Wiederholgenauigkeit, die kaum ein Standardroboter erreicht und die für diese Applikation von entscheidender Bedeutung ist.“

Der Blick auf die Station zeigt was Sache ist. Der TX60 holt einen von insgesamt zwei Kontaktpins direkt von einer angekoppelten Stanzstation ab – dabei ist die Aufnahme des Pins mit dem filigranen Miniaturgreifer bereits ein diffiziler Vorgang. Maximale Präzision ist dann beim Einsetzen des Kontaktpins in das Sensorgehäuse gefordert. In dem dünnwandigen Spritzgussteil sitzt eine mit bloßem Auge kaum wahrnehmbare Führung, in der der Sechsachser den Pin sicher, schnell und lagerichtig positioniert. Um die Montage abzuschließen, holt die Stäubli Maschine den zweiten Pin und wiederholt den Vorgang.

Weit über 10.000 Einheiten pro Tag und Anlage

„Um auf einen Output von deutlich über 10.000 Einheiten am Tag zu kommen, mussten wir für diese sensible Präzisionsmontage eine Taktzeit von rund fünf Sekunden erreichen. Trotz der hohen Performance des Stäubli Roboters bedurfte es konsequenter Optimierungsarbeiten, um diese Vorgaben zu erfüllen“, so Walter Wüst.

Nach erfolgreicher Robotermontage taktet der Rundteller weiter zu einer Hydraulikstation, an der die Pins in ihre Endposition gedrückt werden – ein Vorgang, den der Roboter mit seinem filigranen Miniaturgreifer aufgrund der erforderlichen Kräfte nicht ausführen kann. Der letzte Arbeitsschritt in der Rundtelleranlage besteht aus der Kontaktierung der Pins mit Hilfe des Laserlötens. Nach einer abschließenden Qualitätsprüfung werden die kontaktierten Sensorgehäuse ausgeschleust und setzen ihren Fertigungsprozess auf dem Transfersystem fort.

„Dass wir für unseren Kunden bereits knapp 20 solcher Anlagen bauen durften, unterstreicht die Produktivität und Wirtschaftlichkeit dieser Automatisierungslösung. Ohne den Stäubli Roboter wären die kurzen Taktzeiten und die geforderte Prozesssicherheit bei der schwierigen Montageaufgabe sicherlich nicht zu erreichen“, resümiert Roland Schmid, Leiter SAM bei Kutzschbach.

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