Schaltschrank Es funktioniert doch: Jetzt lässt sich die Verdrahtung endlich automatisieren

Autor / Redakteur: Jens von Kiesling, Hans-Robert Koch* / Ines Stotz

Das Verdrahten von Montageplatten im Schaltschrankbau galt bisher als nicht automatisierbar. Doch jetzt stellt Kiesling Maschinentechnik eine automatisierte Lösung vor. Insbesondere bei wiederholten, seriennahen Verdrahtungskonfigurationen kann das Verdrahtungszentrum zu deutlich verkürzten Fertigungsabläufen beitragen.

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Der Verdrahtungsroboter Averex von Kiesling Maschinentechnik ermöglicht eine automatisierte Verdrahtung der Montageplatte.
Der Verdrahtungsroboter Averex von Kiesling Maschinentechnik ermöglicht eine automatisierte Verdrahtung der Montageplatte.
(Bild: Rittal)

Neben der Metallbearbeitung und der Bestückung ist das Verdrahten von Komponenten auf der Montageplatte in der Fertigung von Schaltanlagen ein arbeitsintensiver Schritt. Aus der Elektroplanung lässt sich der Verlegeweg der Leitungen berechnen. Heute werden die Daten für die Verlegewege aus der Elektroplanung teilweise dazu benutzt, um die Leitungen automatisiert zu konfektionieren.

Die anschließende Verdrahtung – also das Schaffen der eigentlichen elektrischen Verbindung – muss in der Regel noch manuell erledigt werden. Dieser Vorgang ist sehr zeitintensiv und damit ein großer Kostenfaktor im Schaltanlagenbau. Für eine typische Montageplatte mit etwa 300 Verbindungen benötigt eine Fachkraft ungefähr 15 Stunden, um die Adern auf die richtige Länge abzuschneiden, abzuisolieren, mit Adernhülsen zu vercrimpen, durch Kabelkanäle zu führen und sie an den Bauteilen zu befestigen. Hier besteht großes Potenzial für eine Effizienzsteigerung. Bisherige Versuche zeigten allerdings, dass die Verdrahtung von Schaltschränken als nicht automatisierbar gilt.

Robotergestütztes Verdrahtungszentrum Averex

Mit der Entwicklung des weltweit ersten robotergestützten Verdrahtungszentrums Averex hat Kiesling Maschinentechnik zusammen mit einem Entwicklungspartner nach fünfjähriger Entwicklungszeit aber bewiesen, dass es doch funktioniert. Es schneidet Adern auf die richtige Länge, isoliert sie ab, vercrimpt sie mit Adernhülsen, führt Drähte durch die Kabelkanäle und befestigt sie an den Bauteilen wie Klemmen, Schützen und Motorschutzschaltern.

So funktioniert Averex:

Das Kernstück und gleichzeitig das technische Highlight des Averex ist der patentierte, um 270 Grad drehbare Bearbeitungskopf, der unter anderem die Kabelführung übernimmt. Zusätzlich führt er die Arbeitsschritte Schneiden, Abisolieren und Crimpen aus. Außerdem können die einzelnen Kabel direkt während der Montage beschriftet werden. Eine drehmomentgesteuerte Schraubereinheit mit einem Werkzeugwechsler für sechs Werkzeuge steht für die Schraubmontage zur Verfügung. Um die Flexibilität der Verdrahtung zu gewährleisten ist ein automatischer Drahtwechsler, der Platz für bis zu 16 verschiedene Arten von Drähten mit unterschiedlichen Farben und Querschnitten bietet, integriert.

Muss der Draht gewechselt werden, wird er mechanisch aus dem Bearbeitungskopf zurückgezogen. Anschließend wird der neue Draht mit der Unterstützung von Druckluft durch einen Schlauch zum Bearbeitungskopf geführt. Sowohl das Verlegen des Drahts in den Kabelkanälen als auch die Führung des Drahts und die Anschlusstechnik funktionieren zuverlässig. Neben Klemmen mit Schraubanschluss lassen sich auch Klemmen mit Push-in-Technik anschließen.

Elektroplanung ist die Voraussetzung

Die Verdrahtung mit Averex kann natürlich nur funktionieren, wenn die Art der Bauteile und deren Position auf der Montageplatte sowie die Verdrahtungsdaten bekannt sind. Aus der Elektroplanung mit Eplan lassen sich diese Daten über eine eigens entwickelte Maschinenschnittstelle an den Averex übergeben.

Im ersten Schritt überprüft der Roboter den Aufbau der Montageplatte mit einer Laserabtastung. Dabei werden die korrekten Positionen der Komponenten verifiziert und eine eventuelle Montagetoleranz erfasst.

Eine weitere technische Herausforderung ist die Anschlusstechnik. Die verschiedenen Bauelemente haben teilweise stark unterschiedliche Arten des Anschlusses. Bei der Schraubanschlusstechnik werden zum Beispiel je nach Komponente unterschiedliche Schrauben verwendet.

Um die Verdrahtung durchführen zu können, benötigt der Averex viele zusätzliche Informationen über die verwendeten Komponenten. Dabei muss nicht nur die Position des Anschlusses einer Klemme bekannt sein, sondern man benötigt auch einen so genannten Drahtvektor – also die Richtung aus der die Leitung in den Anschlussraum eingeführt werden muss. Auch die Art der Schraube, das notwendige Anzugmoment, die Steigung des Gewindes und viele weiteren Daten sind für eine korrekte Verdrahtung notwendig.

Enorme Effizienzsteigerung möglich

Im Vergleich zu einem durchschnittlichen manuellen Verdrahtungsvorgang, der in der Regel rund 180 Sekunden dauert, erledigt der Averex die gleiche Aufgabe in nur 40 Sekunden. Neben der Zeit und damit Kostenersparnis bietet der durchgängige Workflow, der durch die automatisierten Prozesse entlang der Wertschöpfungskette möglich wird, aber auch Qualitätsvorteile.

Die Vorzüge des Verdrahtungszentrums lassen sich aktuell besonders bei einer Serienfertigung realisieren, weil für einen Teil der Komponenten, noch nicht alle benötigten Daten vorliegen und diese vor der Verdrahtung erst erfasst werden müssen. Je länger der Averex aber im Einsatz ist, umso umfangreicher wird die Komponentendatenbank werden. Vorausgesetzt, die Hersteller stellen dann in Zukunft noch alle Daten ihrer Komponenten zur Verfügung, wird sich der Effizienzgewinn auch bei einer Losgröße 1 realisieren lassen.

Zwei Averex Bearbeitungszentren gehen in den Feldtest

Die beiden ersten Teststellungen sind konkret geplant. Die Averex Bearbeitungszentren müssen dort unter realen Produktionsbedingungen beweisen, dass sie zuverlässig und effizient arbeiten. Weniger manuelle Tätigkeit während der Montage im Schaltanlagenbau – das ist der Vorteil, der sich durch den Einsatz automatisierter Kiesling-Maschinen wie Averex, Perforex und Athex realisieren lässt.

Die Unternehmen der Friedhelm Loh Group, Eplan, Rittal und Kiesling Maschinentechnik, bieten dem Schaltanlagenbauer insgesamt Systeme und Lösungen an, mit denen er seinen gesamten Engineering-Prozess von der Elektroplanung bis zur Inbetriebnahme effizient gestalten kann. Wichtige Voraussetzung hierfür ist, dass alle Prozesse entlang der Wertschöpfungskette mit konsistenten Daten arbeiten.

SPS IPC Drives: Rittal, Halle 5, Stand 101

* Jens von Kiesling, Leiter Entwicklung und IT, Kiesling Maschinentechnik; Hans-Robert Koch, Leiter Fachpresse, Unternehmenskommunikation, Rittal

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