Cooler Kabelbaum Unterkühlte Kabel können per Roboter konfektioniert werden

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Sogenannten Kabelbäume braucht es sich nicht nur im Auto. Außerdem werden sie immer komplexer, kleiner und momentan sind sie auch noch Mangelware. Ein neues Verfahren kann aber Abhilfe schaffen.

Bestand ein Kabelbaum früher aus wenigen Drähten, die eine Verbindung beispielsweise von der Batterie zum Anlasser herstellen mussten, handelt es sich heute um hochkomplexe Leitungsstränge mit einem Gewicht bis zu 60 Kilogramm und einer kilometerlangen Verdrahtung. Kabelbäume finden sich auch in Schaltschränken für Maschinen und Anlagen sowie in weißer und brauner Ware – also in Haushaltsgeräten respektive in Unterhaltungselektronik, schickt das Technologie Lizenz Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH voraus.

Bislang werden die einzelnen Kabel auf einem Kabelbrett gelegt und in bestimmte Richtungen gebogen oder zusammengesteckt, heißt es weiter. Eine Automatisierung war bis dato schwierig, weil bisherige Greifsysteme nicht in der Lage waren, nicht exakt platzierbare Kabel, sogenannte biegeschlaffe Kabel, zu greifen oder Stecker damit zu verbinden.

Und speziell in letzteren Geräten, aber auch in Autos werde immer mehr Elektronik auf kleinstem Raum untergebracht. Deshalb werden Kabel, Verbindungen und Stecker auch noch immer kleiner und damit die manuelle Verarbeitung immer diffiziler. Die Anforderungen an den Bereich der Elektroautos oder etwa die zukünftigen Entwicklungen bei selbstfahrenden Systemen werden es laut TLB nicht einfacher machen, diesem Trend zu entsprechen und auch noch Gewicht zu minimieren.

Der Automatisierungsdruck in der Herstellung wird aus verschiedenen Gründen also immer höher. Zum einen könnten die Kabelbäume durch ein Robotersystem vor Ort individueller auf die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Zum anderen sind die Kabelquerschnitte, die Stecker und die Verbindungen so klein geworden, dass eine manuelle Montage immer teurer wird. Auch die Qualitätskontrolle, die bisher optisch oder durch Ziehen am Kabel erfolgte, ist bei sehr kleinen Bauteilen kaum noch möglich, merkt das TLB an.

Industrieroboter konfektionieren gekühlte Kabel exakt

Prof. Dr.-Ing. Bernd Langer und Prof. Dr.-Ing. Martin Kipfmüller haben an der Hochschule Karlsruhe aber nun ein Verfahren zur automatisierten Herstellung und Montage von Kabelbäumen entwickelt. Mit diesem werde es möglich, Industrieroboter zur Herstellung von Kabelbäumen einzusetzen, die das Ganze trotz aller Schwierigkeiten flexibel und wirtschaftlich auf die Reihe bekommen, wie es heißt.

Der Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung ist im biegesteifen Zustand klar definiert und linear, sagen die Forschenden. Nachdem der biegesteife Zustand durch Einfrieren der Kabel erreicht ist, werden diese durch Industrieroboter geformt und auf Verlegeanordnungen fixiert, die durch steuerbare, bewegliche und temperierbare Stifte charakterisiert sind. Das Abkühlen kann in einem Kühlbereich oder durch Kühlbacken – also einer Art Mikroklima – erfolgen, wie es heißt. Man denkt dabei daran, im Greifer des Industrieroboters Heiz- und Kühlelemente zu integrieren.

Die Kabel werden dann an der Biegestelle lokal erwärmt, damit die Isolation bei der Verformung nicht irreversibel geschädigt wird. Anschließend wird das Kabel sofort wieder abgekühlt, damit sich die Biegung stabilisiert. Die Roboterarme können dann mit vordefinierter Kraft den nächsten Kabelabschnitt ausrichten. Besonders interessant sei, dass die Kabel nun auch im Rahmen der Montage durch Steckerwände hindurch gesteckt werden könnten, ohne dass dies abknickten. Die Grundlagen für eine prototypische Umsetzung seien gesetzt, nun gehe es um industrielle Anwendungsfälle.

Das sind die Vorteile einer automatisierten Kabelbaummontage

Durch die Idee mit dem Abkühlen kann die Kabelbaumherstellung also automatisiert werden, wobei die Varianz und Flexibilität erhöht wird, sagen Langer und Kipfmüller. Der Kabelbaum könne damit kurz vorher in der gewünschten Ausfertigung produziert werden und stehe dann exakt zum Einbauzeitpunkt bereit. Die bisherigen wochenlangen Lieferzeiten seien vorbei. Damit füge sich das Verfahren ebenso in Herstellungsprozesse ein, die im Hinblick auf Lean-Production optimiert werden sollen. Die Vorteile des Verfahrens heißen also deutlich kürzere Produktionszeiten sowie die bessere Planbarkeit und eine stabilere der Lieferkette, weil die Produktion aufgrund der Kostenoptimierung durch Automatisierung in Industrieländer zurückverlagert werden kann, erklären die beiden Experten aus Karlsruhe. Das habe auch Vorteile mit Blick auf die Qualitätssicherung. Zudem könne die Durchlaufzeit verringert werden, weil erforderliche Kabelbäume nicht mehr lange im Voraus bestellt werden müssten.

Wenn der Kabelbaum durch die Automatisierung also nun innerhalb des Produktionslaufs hergestellt werden kann, wird auch der so genannte One-Piece-Flow möglich, was wiederum die Flexibilität erhöht, wie die Forschenden anmerken.

Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Hochschule Karlsruhe nun bei der Patentierung und Vermarktung der Innovation. TLB ist im Auftrag der Hochschule mit der weltweiten wirtschaftlichen Umsetzung dieser zukunftsweisenden Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Lizenzierung bzw. Kauf der Patente.

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