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ABB Stotz-Kontakt Sicherungsautomaten mit mehr Flexibilität und Varianz produzieren

Autor: Sariana Kunze

Zum 125. Firmenjubiläum hebt ABB Stotz-Kontakt seine Sicherungsautomaten-Produktion auf ein neues Niveau: Mit der Produktionslinie ML2 können in Heidelberg nun Sicherungsautomaten voll automatisiert, flexibel und mit einem hohen Maß an Varianz produziert werden.

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ABB Stotz-Kontakt fertigt mit seiner neuen hochautomatisierten Produktionsanlage ML2 in Heidelberg Sicherungsautomaten mit hoher Flexibilität und Varianz.
ABB Stotz-Kontakt fertigt mit seiner neuen hochautomatisierten Produktionsanlage ML2 in Heidelberg Sicherungsautomaten mit hoher Flexibilität und Varianz.
(Bild: Sariana Kunze/elektrotechnik)

Als vor 125 Jahren Hugo Stotz in Mannheim das Unternehmen ABB Stotz-Kontakt gründete, hätte er nie geglaubt, dass es einmal eine Produktionslinie für Sicherungsautomaten geben würde, die über 600 Polvarianten – auch in sehr kleinen Losgrößen – produzieren könnte. Doch genau so eine voll automatisierte Fertigungslinie wurde am Heidelberger Standort von ABB Stotz-Kontakt entwickelt und seit Weihnachten 2015 hochgefahren. Mithilfe von ABB-Industrierobotern erreicht die neue Produktionslinie ML2 ein neues Maß an Flexibilität und Varianz. Für die Geschäftsführung von ABB Stotz-Kontakt war der Grund für diese Investition, dass die Produktion von Sicherungsautomaten für Niederspannungsanwendungen (MCB; Miniature Circuit Breakers) in Zukunft durch hohe Anforderungen an die Flexibilität der Anlage geprägt sein würde. „Immer mehr Kunden fragen viele Schaltervarianten nach, zudem auch häufig Spezialtypen in kleinen Losgrößen. Um die dafür notwendige Flexibilität wirtschaftlich und prozesssicher zu erreichen, haben wir eine automatische Fertigung mit möglichst geringem Rüstaufwand konzipiert“, erklärt Frank Mühlon, Geschäftsführer bei ABB Stotz-Kontakt und weltweit für das Geschäft mit DIN-Rail und Sicherungsautomaten verantwortlich. Laut ABB liegt die Rüstzeit der neuen 60 m langen Anlage unter zwei Stunden und erreicht eine Fertigungstiefe von über 90 Prozent.

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„Unser wichtigstes Ziel war die Entkoppelung zwischen den Elementen der Linie“, sagt Frank Mühlon. „Damit wird das Rüsten für eine andere Schalterart möglich, während die Anlage läuft.“ Ein wesentlicher Teil dieser Lösung sind ABB-Industrieroboter: Die Produktionsanlage besitzt Montagekreise, zwischen denen sich Pufferlager mit Robotern des Typs IRB 1600 befinden. Die Roboter entnehmen die Teile automatisch aus einem Montagekreis und palettieren sie. Im Idealfall eines direkten Durchlaufs ist das Robotersystem in Wartestellung und die Montagekreise versorgen sich direkt. Alternativ soll die Roboter einen Teilepuffer aufbauen, während gleichzeitig umgerüstet wird und schon eine neue Gerätekonfiguration anläuft. „Die Entkopplung der Montagekreise macht die Rüstung einfacher und schneller. Zudem verschaffen wir uns einen weiteren Vorteil: Wir können vorgefertigte Teile von extern zuführen“, sagt Hans W. Schaefer, Mitglied der Geschäftsleitung von ABB Stotz-Kontakt und im europäischen Produktionsverbund verantwortlich für die Standorte Bulgarien, Tschechien und Deutschland. „Dabei handelt es sich beispielsweise um Teile höherer Varianz, die nicht automatisch gefertigt werden, oder um Teile die als Subbaugruppen von einem Standort aus dem Produktionsverbund, wie beispielsweise Bulgarien, stammen.“ Laut ABB habe man aber die Endstufe der Fertigungslinie noch nicht erreicht, denn es wurden nicht alle möglichen Varianten umgesetzt.

Weltweit vernetzt zur Analyse von Daten aus der Vorfertigung

Mit der weltweiten Kooperation zwischen verschiedenen Konzernstandorten wächst für ABB auch der Bedarf und der Nutzen eines leistungsfähigen Datenmanagements. „Wir analysieren eine große Datenmenge aus der Fertigung, beispielsweise Qualitätsdaten aus dem Testing oder Daten aus den Montagekreisen, und schaffen über den individuellen QR-Code, den jeder Schalter zu Beginn erhält, vollkommene Rückverfolgbarkeit. Hinzu kommen Analysen, mit deren Hilfe wir die Vorfertigung je nach Bedarf steuern können. Dazu ganze geschieht über eine von uns eigens entwickelte Software, die die Daten weltweit visuell verfügbar macht – und zugleich bei Fragen oder Problemen die Möglichkeit zur Ferndiagnose und Onlinebewertung bietet“, erläutert Mühlon.

Bei ABB setzt man nicht bei der Software zur Live-Datenanalyse auf das hauseigene Know-how, auch die Konstruktion der ML2 wurde von ABB Stotz-Kontakt hausintern mit eigenen Betriebsmitteln realisiert. Von den Robotics-Systemen über die Antriebe bis hin zur Sicherheitstechnik stammen zahlreiche Komponenten von ABB. Eine platzsparende Aufstellung der einzelnen Stationen konnten die Entwickler durch keine separat stehenden Schaltschränke erreichen. „Es gibt eine zentrale Energieeinspeisung für die gesamte Anlage, die in einem Schrank untergebracht ist“, beschreibt Erhan Serbest, Leiter Operations Line Protection bei ABB Stotz-Kontakt. „Jede Maschine ist autark und kommt ohne zusätzlichen Schaltschrank aus. Wir haben sämtliche Elektronikkomponenten unterhalb der Maschinen verbaut. Daher können wir mit kürzeren Leitungen arbeiten und sind so weniger fehleranfällig.“

ABB will keine Hand mehr am Gerät

„Unseren Grundsatz 'Keine Hand am Gerät' setzen wir ab der Materialbereitstellung in die Tat um“, erklärt Patrick Claeys, der als Projektleiter die Realisierung der Produktionslinie verantwortete. „Auf der Linie könne wir bis zu 600 Pol-Varianten fertigen und erfüllen damit die gegenwärtigen Marktanforderungen.“ Die neue Produktionslinie ist 60 m lang und besteht aus sechs Einzelstationen, die an das Pollager angekoppelt sind und miteinander kommunizieren. Anhand der übermittelten Daten, lassen sich etwaige Störungen schnell lokalisieren und beheben. Auf der Fertigungslinie sind insgesamt sieben ABB-Roboter der Typen IRB 1600 und IRB 360 Flexpicker im Einsatz. Am Ende der Fertigungsstrecke sind die Sicherungsautomaten fertig verpackt und bereit zur Auslieferung.

Normgemäße Stundenprüfung in 22 bis 25 Sekunden simuliert

Bei der Handhabung der manuell gefertigten Baugruppen ist höchste Präzision gefragt. Diese Komponenten werden in Bulgarien gefertigt, anschließend auf Trays palettiert und von einem IRB 1600 in den automatisierten Prozess eingebracht. „Der Roboter muss die Baugruppen lagerrichtig entnehmen, damit sich nicht beschädigt werden, und der Anlage zuführen“, sagt Erhan Serbest. „Bei der Greif- und Setzgenauigkeit sind lediglich Toleranzen im Zehntelemillimeterbereich zulässig.“ Ein weiterer IRB 1600 ist Bestandteil der Prüfanlage, die sich direkt an die Fertigungsstraße anschließt. Sie führen die Sicherungsautomaten der thermischen Prüfung zu und entnehmen sie nach dem Test wieder. Die Anlage simuliert thermische Last der normgemäßen Stundenprüfung in 22 bis 25 Sekunden. Dabei wird jedes einzelne Produkt überprüft. Nach der thermischen Prüfung wird mit einer elektromagnetischen Prüfung ein Kurzschluss simuliert. „Das Gerät muss 20 Jahre im Einsatz sein und wenn notwendig wie am ersten Tag funktionieren“, sagt Serbest.

Um an allen Standorten weltweit dieselben Standards zu gewährleisten und überall die gleichen Qualitätsparameter anzuwenden, sind sämtliche Prüfanlagen von ABB Stotz-Kontakt miteinander vernetzt. „Wir haben einen globalen Fertigungsansatz mit globalen Qualitätsstandards gewählt. Heidelberg gibt dabei viele Standards für die weltweiten Standorte vor“, so Mühlon. Zudem setzt ABB seit kurzer Zeit einen 3D-Tomographen zur effektiveren Analyse in der Entwicklungsphase oder im Fehlerfall ein. Im sogenannten "Röntgenraum" kann in das Produkt einfach hineingeschaut werden und das 3D-Abbild mit dem CAD-Modell mit der Genauigkeit von einem Hundertstel verglichen werden.

Kein Fehlgriff dank Flexpicker

Laut ABB ist das Herzstück der Flexibilisierung des Fertigungsprozesses auf der ML2 der Flexpicker. Der Roboter bestückt jedes Schaltergehäuse mit der passenden Spule, die er mit vorgegebener Geschwindigkeit aus der ungeordneten Menge auf einem Transportband greift. Über zwei Kameras erkennt er, welche Spule geeignet positioniert ist, nimmt diese auf und setzt sie in einem Werksstückträger ein. Die nicht gegriffenen Spulen werden der Anlage über ein Endlosband von neuem zugeführt. Der Roboter kann – ohne, dass eine Umrüstung erforderlich ist – elf unterschiedliche Spulenvarianten greifen. Auch bei sehr kurzer Taktzeit leistet er sich keine Fehlgriffe, sodass in der Anlage kein Leerlauf durch nicht bestückte Werksstückträger entsteht. „Um etwas höhere Sicherheit zu haben und bei etwaigen zukünftigen Taktsteigerungen noch Reserven zu besitzen, haben wir den Flexpicker mit einer höheren Taktzeit als der im Pflichtenheft definiert abgenommen. Diesen Wert hat er bequem geschafft“, beschreibt Erhan Serbest.

Seit dem 1. Mai 2016 ist die Fertigungslinie ML2 bei vollem planmäßigem Ausstoß an sechs Tagen pro Woche in drei Schichten in Betrieb. Vier Mitarbeiter betreuen pro Schicht die Fertigungslinie, ein weiterer die Prüfanlage. Insgesamt verfügt ABB Stotz-Kontakt mit Inbetriebnahme der neuen Fertigungslinie am Standort Heidelberg über die Möglichkeit, bis zu 8.000 Varianten von Sicherungsautomaten zu fertigen. Ab Stückzahlen von weniger als 200 Stück wird halbautomatisch oder manuell produziert.

Mit Vernetzung steht die Anlage nicht still

Das Know-how einer leistungsfähigen Produktion von der Vorfertigung bis zur Endmontage muss immer auch beim Materialfluss vorhanden sein. „Wenn die Zuführung nicht funktioniert, steht die Anlage trotz aller Automatisierung still. Die Vernetzung bietet uns weitreichende Möglichkeiten, um die Maschinen remote im Blick zu haben, etwaige Engpässe zu erkennen und anhand der Daten abzuleiten, wo wir nachsteuern müssen“, gibt Serbest zu bedenken. „Wir rechnen damit, hier in Zukunft viel Potenzial einbringen zu können, denn es zählt immer das Gesamtbild: Von den Menschen angefangen, über die Automatisierungslösung bis hin zu den Materialflüssen, das ganze vernetzt und gesteuert mithilfe von Technologien der Industrie 4.0.“

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Über den Autor

 Sariana Kunze

Sariana Kunze

Fachredakteurin Automatisierung, Vogel Commnications Group GmbH & Co. KG