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Kuka-Roboter als (Herz-) Schrittmacher für die Elektromobilität

Vollautomatische Montage und Prüfung der Elektronikbaugruppe
Kuka-Roboter als (Herz-) Schrittmacher für die Elektromobilität

Für die Elektromobilität hat Automationsspezialist SAR hat eine komplette Produktionslinie entwickelt, die mit Hilfe von 11 Kuka-Robotern die Elektronikbaugruppe von Elektroautos fertigt – präzise, sauber und vollautomatisch.

Die Elektronikbaugruppe ist das Herzstück jedes Elektroautos. Sie ist nur etwas größer als ein Schuhkarton, rund zwölf Kilogramm schwer und wandelt den Gleichstrom der Batterien in Wechselstrom um. Für die Automobilbranche ist die Technologie relativ neu: passende Konzepte für die intelligente Fertigung sind deshalb gefragt. SAR aus dem bayerischen Dingolfing hat daher im Auftrag eines Tier-1-Lieferanten eine Produktionslinie für die Elektronikbaugruppe von Elektroautos entwickelt.

„Unser Ziel ist es, mit dem Werkzeug Roboter intelligente Lösungen zu finden, die der konventionelle Ansatz nicht leisten kann“, erklärt Georg Dullinger, Geschäftsleiter Vertrieb bei SAR. Ergebnis ist eine automatisierte Fertigung, die nicht nur Montage-Teile zusammensetzt, sondern von der Kennzeichnung der Einzelteile, über die Schraub- und Klebeaufgaben, bis zu Tests und Prüfungen der Zwischenschritte und des fertigen Produkts sämtliche Prozessschritte steuert und überwacht.

Maximale Flexibilität

„Mit einer Aneinanderreihung von Roboterzellen ist es dabei nicht getan“, erklärt Dullinger. „Für diese Prozesse gibt es keine Blaupause, keine Best Practices.“ Daher entwickelte SAR Lösungen für sämtliche Einzelschritte der Automatisierung – und die intelligente Verbindung zu einem Gesamtkonzept – lange bevor die Auto-Modelle serienreif waren. „Die Herausforderung ist die hohe Flexibilität: Während der gesamten Entwicklungsphase gab es immer wieder Änderungen am finalen Modell. Gesetzt war lediglich das Verbaumaß der Fahrzeuge. Das Innenleben wurde aber stark modelliert.“

In der aktuellen Konfiguration der Produktionslinie sind nun 28 Roboter im Einsatz, 11 davon stammen von Kuka. Sie übernehmen alle Aufgaben, um 47 einzelne Fahrzeug-Bauteile zu verschrauben, zu verkleben, zu prüfen und letztlich mit dem Auto zu verheiraten. Die einzelnen Schritte der Montage klingen dabei zunächst unspektakulär: In das Gehäuse der Steuereinheit für die E-Autos setzen die Industrieroboter verschiedene Elektronik Bauteile ein. Sie reinigen und kontrollieren, sortieren aus oder bearbeiten nach.

Schrauben im Sauberraum

Wegen der empfindlichen Elektronik muss die Montage aber umsichtig und präzise erfolgen. Das bedeutet beispielsweise, dass Klebestellen im Fertigungsprozess zunächst gereinigt werden. Dazu fährt ein KR Agilus von Kuka die Stellen mit einer Plasmalanze nach und befreit sie mit 30.000 Grad heißem ionisierten Gas von Schmutzpartikeln und anderen Kontaminationen. Anschließend trägt der Roboter Dichtmasse auf. Ein KR Cybertech setzt verschiedene Bauteile ins Gehäuse ein. „Schon kleinste elektrische Ströme können die empfindlichen Bauteile zerstören“, sagt Franz Steinbauer, „daher ist die elektromagnetische Verträglichkeit hier besonders wichtig.“

Anschließend verschraubt ein Roboter die Komponenten. „Insgesamt nutzen wir 158 Schrauben in acht verschiedenen Varianten“, erklärt der Projektleiter. „Über einen Schlauch führt die Anlage alle vier Sekunden eine Schraube zu.“ Was banal klingt, ist in der Praxis komplizierter: Weil die Schrauben als Schüttgut angeliefert werden und diese Art der Verpackung automatisch Abrieb zwischen den einzelnen Metallteilen erzeugt, trennt eine Weiche mit Hilfe von Druckluft Schrauben und Staub. Die Montage erfolgt praktisch unter Sauberraumbedingungen.

Kompletter Datenbaum gesammelt

„Über die gesamten Montage-Prozesse hinweg erfassen wir einen sogenannten Datenbaum für jedes Bauteil. Das heißt, von der kleinsten Schraube bis zum Gehäusedeckel des Elektrofahrzeugs können wir genau nachvollziehen, wie sie verarbeitet wurden“, erklärt Vertriebsleiter Dullinger.

Zwischendurch erfolgen immer wieder Dichtigkeitsprüfungen und Funktionstests. Besonders spannend ist der letzte Schritt: Ein KR Cybertech Roboter nimmt die fertigen Steuereinheiten für die E-Autos vom Band und befüllt sie mit Wasser. „Eigentlich sollten sich Wasser, Strom und Datentechnik nie begegnen“, sagt SAR-Projektleiter Franz Steinbauer. „Aber in diesem Fall bringen wir innerhalb von etwa 100 Sekunden alles zusammen, das Wasser dient zur Kühlung.“

Schließlich legt der Kuka-Roboter die Steuereinheiten in die Hoch- und Niedervolt-Isolationsprüfung. Anschließend bekommen die Elektroherzen ihr Betriebssystem aufgespielt. Sind alle Tests positiv und das Wasser wieder abgelassen, sind die Steuereinheiten bereit für ihr Leben als E-Fahrzeug-Herzschrittmacher.

Aktuell bestücken Werker die Produktionslinie und entnehmen am Ende die fertigen Steuerungseinheiten. Langfristig lässt sich aber auch dieser Prozessschritt automatisieren. „Mit Hilfe von fahrerlosen Transportsystemen könnten wir schon jetzt die verschiedenen Elektronik Bauteile aus einem sogenannten Supermarkt abholen und zu den Stationen bringen lassen“, sagt Georg Dullinger. „Die Lösung ist hoch skalierbar und individuell anpassbar.“

Kuka Deutschland GmbH

Zugspitzstraße 140

86165 Augsburg

www.kuka.com


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