Montagekonzept Neue Freiheiten dank mobiler Roboter-Module

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Wie sich eine bis dato nie gekannte Flexibilität in der Serienfertigung erreichen lässt, beweist Stäubli Electrical Connectors in seiner Produktion in Weil am Rhein. Hier steht eine wegweisende Montageanlage, bei der sich mobile Montagemodule samt Roboter innerhalb einer Minute an der Linie andocken lassen.

Es bedarf eines hohen Maßes an Kreativität und Know-how, um sich die Realisierung einer Montagelinie zuzutrauen, wie sie bei Stäubli Electrical Connectors seit dem dritten Quartal 2022 im Einsatz ist. Um zu verstehen, was dem Stäubli Team und dem beteiligten Anlagenbauer dort gelungen ist, hilft der Blick auf das Aufgabenspektrum der Montagelinie. Hier werden Buchsen und Stecker mit einer Multilam in einer Vielzahl von Varianten montiert.

Die patentierte Multilam-Kontakttechnologie zeichnet sich nach Angabe des Herstellers durch konkurrenzlose elektrische und mechanische Eigenschaften aus und steht für sehr hohe Qualität und Zuverlässigkeit bei elektrischen Steckverbindern. Für die Produktion heißt das: robotergestützte Null-Fehler-Präzisionsmontage im Toleranzbereich von 20 bis 30 Mikrometern bei stark schwankenden Losgrößen von 20.000 bis 2.000.000 Einheiten. Und: Bei hoher Auslastung lässt sich die Anlage erweitern und ein Artikel gleichzeitig auf zwei parallelen Fertigungslinien montieren.

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Mobile Montagemodule mit integrierten Robotern

Geeignete Roboter für diese Hochpräzisionsmontage zu finden, gestaltete sich für Stäubli relativ einfach, kommen doch die Roboter aus dem eigenen Haus. Fünf davon, vier sechsachsige TX2-40 und ein TS2-40 Scara, arbeiten in der Montageanlage. Aber: Kann es gelingen, fahrbare Montagemodule, mit darauf montierten Robotern samt komplexer Peripherie, innerhalb einer Minute an die Linie anzudocken und sofort die Montage aufzunehmen, ohne den Roboter zu kalibrieren oder sonstige Einstellungen vorzunehmen?

Geht nicht, meinten viele. Geht doch, sagte Stäubli und liefert den Beweis. Wie die Quadratur des Kreises möglich wurde, bringt John Dallapiccola, Geschäftsführer Stäubli Electrical Connectors, Weil am Rhein, auf den Punkt: „Das Konzept dieser einzigartigen Anlage basiert auf der Nutzung von Synergieeffekten innerhalb der Stäubli-Gruppe. Wir haben Präzisionsroboter und innovative Schnittstellenlösungen, die in diesem Fall den Schlüssel zur Realisierung der Anlage bilden. Und wir hatten natürlich eine geniale Idee.“

Steckverbindertechnologie und Präzisionskupplungen ermöglichen zukunftsweisendes Konzept

Was Dallapiccola meint, klärt sich beim genaueren Hinsehen. Entscheidend für die Realisierung dieses Anlagenkonzeptes ist die Ankopplung der mobilen Module an die Linie mit einer Präzision auf den hundertstel Millimeter genau. Zudem spielt der Faktor Zeit eine maßgebliche Rolle. Die Vorgabe lautet: Modul manuell einfahren, automatisch zentrieren, verriegeln, fertig. Produktionsstart innerhalb von 30 Sekunden.

In dieser Zeit muss die Energie- und Druckluftversorgung für alle Komponenten des Moduls stehen. Der Roboter, die Teilezuführung, Vereinzelung und Bildverarbeitung – die Leistungs-, Signal- und Pneumatikanschlüsse jeder Komponente wollen zuverlässig und gleichzeitig verbunden sein. Hier schlägt die Stunde des modularen Steckverbinders Combitac von Stäubli Electrical Connectors, der sowohl an der Station als auch am mobilen Modul schwimmend gelagert angebracht ist und mit dem sich alle Energie- und Medienkreisläufe synchron automatisch mit dem Einfahrvorgang verbinden. Für den richtigen Sitz des mobilen Moduls an der Montagelinie sorgen hochpräzise, mechanische Führungen sowie eine pneumatisch betätigte Schnellkupplung von Stäubli Fluid Connectors.

Vier- und Sechsachsroboter – montiert auf mobilen Modulen

Die komplette Montagelinie besteht in der jetzigen Ausbaustufe aus insgesamt 12 Modulen, die über das lineare Transportsystem XTS von Beckhoff miteinander verbunden sind. Zu einem späteren Zeitpunkt sollen noch vier weitere Module hinzukommen. Auf dem Transfersystem sind derzeit 20 magnetisch angetriebene Mover im Einsatz, die sich entlang einer Fahrstrecke aus vollintegrierten Motormodulen bewegen. Ein Industrie-PC mit der Automatisierungssoftware Twincat ermöglicht die unabhängige Ansteuerung der Mover mit individuellen Bewegungsprofilen. Beachtlich ist auch die Präzision des Systems, die bei einem hundertstel Millimeter liegt.

Auf den Movern befinden sich teilespezifische Vorrichtungen, die von den ersten beiden Stäubli Sechsachsrobotern an Modul 1 und 2 mit einer Multilam und je nach zu produzierender Variante mit einem Stecker oder einer Buchse bestückt werden. „Das Greifen und Positionieren dieser Kleinstbauteile mit Dimensionen im Millimeterbereich erfordert von den beiden TX2-40, montiert auf ihren fahrbaren Modulen, höchste Präzision und das bei maximaler Dynamik. Die Sechsachser erledigen die anspruchsvolle Aufgabe mit Bravour“, so Produktionsleiter Sebastian Wiech. Dabei sorgen Asyril Vibrationsplattformen mit darüber angeordneten Bildverarbeitungssystemen für eine prozesssichere Teilebereitstellung sowie für die Übermittlung der Greifpositionen an die Roboter.

Überwachung

Für eine transparente Stromversorgung in Rechenzentren

Danach erreichen die Bauteile die Verarbeitungsstation, an der die Multilam mit der Buchse beziehungsweise dem Stecker verheiratet wird. Je nach Variante schließen sich weitere Arbeitsschritte an. Muss beispielsweise ein Fassungsring montiert werden, übernimmt diese Aufgabe ein ultrakompakter Stäubli TS2-40 Scara. Dieser Vierachser überzeugt dabei nicht nur durch seinen geringen Platzbedarf, sondern vor allem mit beeindruckender Präzision und Dynamik.

Hundertprozentprüfung obligatorisch

Wie von dem Hersteller nicht anders zu erwarten durchläuft jeder Stecker eine hundertprozentige Qualitätskontrolle. Dazu Supply Chain Manager Jan Schwarzwälder: „Das Sicherstellen der Produktqualität ist eines der wichtigsten Ziele dieser Anlage. Dazu setzen wir auf integrierte Qualitätssicherung in mehreren Teilschritten. Die produzierte Qualität dokumentieren wir natürlich und können eine Rückverfolgbarkeit auf Einzelteilbasis gewährleisten.“ Dabei durchläuft jede Buchse eine Steckkraftprüfung. Hier gilt es, die vorgegebenen Toleranzen exakt einzuhalten. Nicht oder doppelt vorhandene Multilam-Komponenten würde das System sofort erkennen.

Abschließend erfolgt eine kamerabasierte Endkontrolle. „Um die Taktzeiten minimal zu halten, setzen wir hier auf eine Station mit zwei Modulen, an denen die Gut-Schlechtteil-Prüfung stattfindet. Ein Kamerasystem misst dabei den Innendurchmesser und prüft die Anzahl der Stege der Multilam“, so Sebastian Wiech. Die komplette Teilehandhabung an dieser Station ist Aufgabe eines weiteren Stäubli TX2-60. Der Sechsachser sorgt mit seiner hohen Dynamik für die Einhaltung der vorgegebenen Taktzeit.

Bildverarbeitung

Die Lagerautomatisierung beschleunigen mit Standard-Logistiklösungen

Synergieeffekte ermöglichen kurze Umrüstzeiten

Auch die Umrüstvorgängen an der Anlage sind bis ins Detail optimiert: „Je nach Komplexität des Endprodukts variiert die Umrüstzeit von zwei bis hin zu maximal 20 Minuten. Diese kurzen Umrüstzeiten verdanken wir nicht zuletzt dem automatischen Roboter-Werkzeugwechselsystem MPS 025 von Stäubli Fluid Connectors, das mit einer Präzision von +/-1,5 µm zu Werke geht und zeitaufwendigere manuelle Wechsel erübrigt“, betont Jan Schwarzwälder.

Derzeit laufen über die Anlage sieben Produktvarianten, die sogenannten Highrunner aus den Bereichen E-Mobilität und Welding Automation. Weitere Varianten werden folgen. Ebenso ist die Integration einer vollautomatischen Verpackungsanlage vorgesehen, was den Leistungsumfang der Anlage noch erweitert. „Das ist das Schöne an dieser wegweisenden Anlage. Wir unterliegen aufgrund der immensen Flexibilität keinerlei Einschränkungen mehr. Wir können beliebig viele Varianten produzieren und bei Bedarf weitere Prozesse integrieren. Dabei trugen die Synergieeffekte der Stäubli Geschäftsbereiche Robotics, Fluid und Electrical Connectors maßgeblich zur Realisierung dieser einmaligen Montageanlage bei“, freut sich John Dallapiccola.