Robotergestützte Volumenmontage von Parkdistanzsensoren

Zigtausendfach ins Nadelöhr

Die Fertigung von rund 200.000 Parkdistanzsensoren täglich ist eine anspruchsvolle Automatisierungsaufgabe. Besonders die Montage der Kontaktpins samt integrierter Qualitätssicherung erfordert ein Höchstmaß an Präzision unter sportlichen Taktzeitvorgaben. Der Stäubli TX60 schafft das.

Eine besonders diffizile Aufgabenstellung im Herstellprozess ist die Montage der äußerst feinen Kontaktpins in das Spritzgussgehäuse der Sensoren. Dies übernimmt der Sechsachser im High-Speed-Modus mit der immer gleichen Präzision. (Stäubli)

Parkdistanzsensoren haben Konjunktur. Denn die nützlichen Helfer sind in der automobilen Oberklasse längst auf der Ausstattungsliste üblich und setzen sich in nahezu allen Fahrzeugklassen durch. Ein Automobilzulieferer produziert derzeit gut 200.000 Parkdistanzsensoren täglich und deckt damit einen großen Teil des weltweiten Bedarfs ab. Bei der Herstellung der Sensoren, die im späteren Einsatz unter allen Witterungsbedingungen zuverlässig ihren Dienst versehen müssen, dominieren hohe Qualitätsmaßstäbe und hohe Anforderungen an Output und Präzision. Daher gibt es keine wirtschaftliche Fertigungsalternative zur Vollautomation.

Eine diffizile Aufgabenstellung im Herstellprozess ist die Montage der feinen Kontaktpins in das Spritzgussgehäuse der Sensoren. Eine Applikation, die auch die Experten für hochwertige Prüf- und Automatisierungstechnik der Kutzschbach Electronic bei der Konzeption der Montageanlagen forderte, wie Walter Wüst, Leiter der Softwareentwicklung bei Kutzschbach erläutert: "In unseren Anlagen, die die Konfektionierung der Sensorgehäuse mit den Kontaktpins vornehmen, steckt jede Menge Know-how. Die besondere Herausforderung bestand darin, eine Präzisionsmontage der Pins im Toleranzbereich von einem Zehntelmillimeter mit einem Sechsachsroboter zu realisieren und dabei gleichzeitig den enormen Taktzeitvorgaben standzuhalten."

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Rundtaktanlage: wenig Platzbedarf, maximaler Output

Kutzschbach Electronic entschied sich in diesem Fall für eine Rundtelleranlage, um die Kriterien geringer Platzbedarf und hoher Output zu vereinen. Um dennoch ein gewisses Maß an Flexibilität zu gewährleisten, ist der Rundtisch mit einigen Leerstationen ausgeführt, die hier noch Spielraum für zusätzliche Aufgaben und Varianten bieten. Derzeit läuft ein rundes Dutzend unterschiedlicher Sensorvarianten über die knapp zwanzig Kutzschbach-Anlagen, die mit nahezu identischem Layout an Produktionsstandorten in Deutschland, Europa und aller Welt im Einsatz sind. Die Montage erfolgt nach gleichem Ablauf: Die Sensorgehäuse erreichen die Anlage auf Werkstückträgern über ein Transfersystem. Eine Lineareinheit übernimmt die Zuführung der Piezo-Sensorgehäuse und deren Positionierung auf dem Rundteller. An der ersten Station steht eine reine Qualitätsprüfung an, bei der das Piezoelement einer Widerstands- und Kapazitätsmessung unterzogen wird. Die nächste Station bildet das eigentliche Highlight der Anlage. Hier steht die hochgenaue Positionierung der hauchdünnen Pins innerhalb des Sensorgehäuses auf dem Programm, die ein Sechsachs-Roboter im High-Speed-Modus übernimmt. Die Aufgabe des Roboters ist vergleichbar mit dem ultraschnellen Einfädeln eines Fadens in ein Nadelöhr - und das mehr als 10.000 Mal am Tag mit der immer gleichen Präzision.

Beim Roboter sind Präzision und Highspeed gefragt

Das Anforderungsprofil für die Wahl des Roboters ist damit klar definiert. Gesucht war ein Sechsachser mit überragender Performance hinsichtlich Geschwindigkeit und Präzision. Darüber hinaus sollte die Maschine aufgrund des platzoptimierten Anlagenlayouts kompakt bauen und zuverlässig im Drei-Schicht-Betrieb arbeiten. Warum die Wahl auf einen Stäubli TX60 fiel, bringt Walter Wüst auf den Punkt: "Der TX60 erfüllt unsere Kriterien optimal." Besonders bedeutend seien die bemerkenswerte Präzision und Wiederholgenauigkeit. Der TX60 holt einen von insgesamt zwei Kontaktpins direkt von einer angekoppelten Stanzstation ab - dabei ist die Aufnahme des Pins mit dem filigranen Miniaturgreifer bereits ein diffiziler Vorgang. Maximale Präzision ist dann beim Einsetzen des Kontaktpins in das Sensorgehäuse gefordert. In dem dünnwandigen Spritzgussteil sitzt eine mit bloßem Auge kaum wahrnehmbare Führung, in der der Sechsachser den Pin sicher, schnell und lagerichtig positioniert. Um die Montage abzuschließen, holt die Maschine den zweiten Pin und wiederholt den Vorgang.

Mehr als 10.000 Einheiten pro Tag und Anlage

"Um auf einen Output von deutlich über 10.000 Einheiten am Tag zu kommen, mussten wir für diese sensible Präzisionsmontage eine Taktzeit von rund fünf Sekunden erreichen. Trotz der hohen Performance des Stäubli-Roboters bedurfte es konsequenter Optimierungsarbeiten, um diese Vorgaben zu erfüllen", so Walter Wüst. Nach erfolgreicher Robotermontage taktet der Rundteller weiter zu einer Hydraulikstation, an der die Pins in ihre Endposition gedrückt werden - ein Vorgang, den der Roboter mit seinem filigranen Miniaturgreifer aufgrund der erforderlichen Kräfte nicht ausführen kann. Der letzte Arbeitsschritt in der Rundtelleranlage besteht aus der Kontaktierung der Pins mit Hilfe des Laserlötens. Nach einer abschließenden Qualitätsprüfung werden die kontaktierten Sensorgehäuse ausgeschleust und setzen ihren Fertigungsprozess auf dem Transfersystem fort.    pb

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