Anspruchsvolle Handhabungs- und Montageprozesse von Kleinstbauteilen bestimmen bei Bosch Bamberg die Herstellung von Injektoren, Düsen und Sensoren für Dieselmotor-Einspritzsysteme. Dazu gehört auch die Produktion von Sensormodulen in sehr kurzer Taktzeit. Die Montage dieser stark miniaturisierten Module ist ein komplexer Prozess, der höchste Anforderungen an die Automation stellt. Bosch setzt dabei auf Hightech auf sehr kompaktem Raum.
Ein Blick auf den Rundschalttisch, auf dessen Stationen die Montage samt Qualitätssicherung stattfindet, verdeutlicht die Komplexität dieser Zelle. Auf engstem Raum sind hier fünf Stäubli-Roboter und 18 Bildverarbeitungssysteme installiert, drei davon auf NC-Achsen, die ein Verfahren der Kameras ermöglichen. Die Bestückung der Montagenester des Rundschalttisches übernehmen Stäubli TX2 Sechsachsroboter, die hier ebenso präzise wie sehr dynamisch arbeiten müssen, um die vorgegebenen Taktzeiten einzuhalten.
Die Bereitstellung der Teile erfolgt über automatische Zuführungen. Kameras übermitteln die exakten Greifpositionen an die Roboter. Auch das präzise Ablegen der winzigen Bauteile in den Nestern des Rundschaltisches erfolgt kameraüberwacht. Damit ist bereits die Vorbestückung des Rundtisches im Sinne einer Null-Fehler-Montage lückenlos überwacht und dokumentiert.
Wiederholgenauigkeit unter 10 µm
Alle Montageschritte stellen aufgrund der Mini-Bauteile hohe Ansprüche an die Automation, doch gerade die letzte Station am Rundschalttisch verlangte nach einer ganz besonderen Lösung. Stefan Wohlfart, Fertigungsplaner Sensormodulmontage Common Rail Injektor: „Über die aufrechtstehende und fertig montierte Sensoreinheit ist im letzten Schritt das Gehäuse mit seinem Durchmesser von kleiner zehn Millimetern zu fügen. Dabei müssen die 0,6 mm dünnen Kontaktierungs-Pins durch die Öffnungen im Gehäuse geführt werden.“
Deshalb werden bei jedem Montagevorgang zentrale Messgrößen wie die PIN-Abstände, die Gehäusemitte und auch die Position des Montagenestes exakt vermessen. Und nicht nur das: Im Gehäuse befindet sich auch eine asymmetrisch geformte Tonnenfeder mit einer Gesamtbaugröße von 1,8 x 1,8 mm, die als Kontaktierung des Sensorblocks dient. Die Pins müssen auch durch diese Feder geführt werden. Die dabei vom Roboter geforderte Präzision liegt unter 10 µm.
Grenzen der Robotik verschoben
Damit hätte sich diese Applikation für die Robotik eigentlich erledigt, denn diese Präzision noch nicht einmal vom hochpräzisen TX2-40-Roboter, dem Stäubli eine Wiederholgenauigkeit von immerhin +- 20 µm attestiert, erreicht. Um die anspruchsvolle Aufgabe dennoch mit einem Roboter zu realisieren, haben Stäubli und Bosch die Grenzen des technisch Machbaren verschoben. Vier entscheidende Aspekte: ein hochpräziser Roboter, ein individuelles Feintuning dieses Roboters, eine kamerageführte Positionierung sowie ein ungewöhnliches Servicekonzept.
Größter Pluspunkt des Stäubli TX2 Roboters: seine erstklassige JCS-Antriebstechnologie, die die Steigerung der Präzision durch gezieltes „Feintuning“ erlaubt. Bei der Feinabstimmung der Achsen greift Bosch Bamberg auf die Expertise der Wiso Steuerungstechnik GmbH in Heimsheim zurück, die auch eine spezielle Prüf- und Messanlage für den Roboter entwickelte und baute.
Roboter genau vermessen
Stefan Wohlfart: „Das Feintuning durch Wiso bildet hier die Grundvoraussetzung für den Robotereinsatz. Dabei stellt die spezielle Messstation mit selbst geschriebener Software sicher, dass wir den Roboter problemlos in die Zelle integrieren und sofort beginnen können. Wir vermessen den Roboter und passen die Kennwerte wie Beschleunigung und Drehmomente für jede Achse an.“
Wegen der ungewöhnlich hohen Präzision greifen aber auch normale Servicekonzepte hier nicht. Stefan Wohlfart: „Durch den üblichen jährlichen Service oder bei einem ungeplanten Eingriff würde die Präzision verloren gehen. Der Roboter müsste ganz neu eingemessen werden – was nur auf unserer Messanlage geschehen kann.“
Angepasstes Wartungskonzept
Daher haben Stäubli und Bosch gemeinschaftlich ein spezielles individuelles Wartungskonzept entwickelt. Stefan Wohlfart: „Wir halten einen baugleichen Roboter vor, der zuerst bei Stäubli gewartet wird. Anschließend werden die Getriebe exakt eingestellt und mittels Lasertechnik vermessen. Dann wird der Roboter bei uns präzisionsoptimiert. Er ist also jederzeit sofort einsatzbereit.“
Nach einem exakt festgelegten Wartungsintervall werden die beiden Hochpräzisions-Roboter im Wechsel getauscht. Die anderen vier Roboter in der Gehäusemontagestation werden nach dem klassischen Konzept des jährlichen Stäubli Service gewartet.
Stefan Wohlfarts Fazit: „Mit dieser Montageanlage haben Bosch und Stäubli Neuland beschritten und bewiesen, wie sich in gemeinschaftlicher Zusammenarbeit Grenzen des technisch Machbaren verschieben lassen. Das Resultat dieser Zusammenarbeit: Auch unter den extremen Präzisions-Anforderungen läuft die Anlage stabil und hochproduktiv mit extrem geringer Fehlerrate.“
Stäubli Tec-Systems GmbH
https://www.staubli.com/de/de/robotics.html
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