Auch biegeschlaffe Teile fest im Griff: KR CYBERTECH automatisiert Batteriepackmontage

Sie sind leise, tanken zunehmend Strom aus erneuerbaren Energiequellen, verursachen weniger CO2-Emissionen und ziehen niedrigere Kosten für Reparatur und Wartung nach sich: Elektrofahrzeugen gehört die Zukunft. Schätzungen zufolge fahren derzeit mehr als 27 Millionen Plug-in-Hybride und E-Autos durch die Welt. Und wenn zwischen 2030 und 2035 zahlreiche große Staaten die Zulassung von Verbrennern ausbremsen, wird diese Zahl erheblich steigen. KUKA erkannte früh das Potenzial der E-Mobilität. Seit 2014 optimiert der Automatisierungsspezialist aus Augsburg sein Produktportfolio auf die speziellen Anforderungen, die bei der Herstellung von Elektronikkomponenten für die Automobilindustrie erfüllt werden müssen. Davon profitiert nun auch die Liebherr-Verzahntechnik GmbH in Kempten. Dort entstand mithilfe von Robotern eine Applikation, die Herstellern von E-Fahrzeugen und deren Zulieferern mehr Sicherheit und höhere Produktivität bieten kann. Denn was wäre ein E-Auto ohne sein Herzstück, die Batterie?

Die meisten Prozessschritte in der Produktion von Batterien laufen heute bereits vollautomatisch ab, um den Anforderungen der Automobilindustrie an beispielsweise Taktzeiten, Stückzahlen, Qualität und Produktionskosten gerecht zu werden. Der Fachkräftemangel treibt darüber hinaus den starken Trend zur Automation an. Es finden sich immer weniger Fachkräfte, die dazu bereit sind, eine solch monotone, körperlich belastende und gleichzeitig anspruchsvolle Aufgabe zu übernehmen. Die Firma KOSTAL Kontakt Systeme GmbH aus Lüdenscheid, die seit 1938 Steckverbindungen für die Fahrzeugindustrie produziert und vertreibt, hatte hier eine Marktlücke erkannt. Sie entwickelte einen sowohl für das händische Stecken als auch für die Automatisierung geeigneten Steckverbinder. Martin Wolter, Gruppenleiter Entwicklung bei KOSTAL, berichtet: „Sicherheit spielt hier eine sehr große Rolle – da es sich um Hochvoltkontakte handelt, müssen diese berührgeschützt sein. Das ist vergleichbar mit einer Steckdose, auch hier sind die Kontakte vor versehentlicher Berührung mit den Fingern geschützt. Der Unterschied besteht darin, dass die Steckverbindung im Fahrzeug einer Vibrationsbelastung und sowohl hohen als auch niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist.“

Das Handling von biegeschlaffen Teilen durch Maschinen ist bis heute eine große Herausforderung in der Montage: So sind beispielsweise elastische Leitungen, die sich in beliebige Richtungen verwinden können, für Roboter schwer zu greifen. Basierend auf dem KR CYBERTECH nano ARC HW hat das Kemptener Unternehmen einen Spezialgreifer entwickelt, der die Leitungen aus einem Blister entnimmt. Da die Leitung innerhalb des Blisters nicht ausreichend genau vorpositioniert ist, kommt eine 2D-Kamera zum Einsatz: Sie hilft dabei, die genauen Greifpositionen an der biegeschlaffen, flexiblen Leitung zu ermitteln und den Modulverbinder am Ende der Leitung exakt über dem Stecker-Gegenstück zu positionieren.

Da der Stecker behutsam behandelt werden muss, wurde der Steckprozess für einen reibungslosen Ablauf entkoppelt. Ein Federpaket kontrolliert die Kraft, die auf den Stecker und die Verriegelungssicherung des Steckers (auch Connector Position Assurance oder CPA genannt) übertragen wird. Im Anschluss drückt ein pneumatischer Zylinder den Stecker in das Stecker-Gegenstück. Dieses Federpaket federt ein, bis das Kraftmoment von 70 Newtonmeter erreicht ist und der Endlagensensor ausgelöst wird. Parallel dazu drückt der federnd gelagerte Verriegelungsstift die CPA nach unten. Damit ist die CPA verriegelt, der Stecker prozesssicher gesteckt und der Greifer kann sich wieder nach oben bewegen. Im Gegensatz zu anderen Automatisierungsexperten löst Liebherr den Steckprozess der biegeschlaffen Leitungen bewusst nicht über Trial-and-Error-Prozesse. Jeder Griff muss sitzen. Der Grund dafür: Die Technologie soll serientauglich sein und muss dafür streng geforderte Taktzeiten einhalten können. Das hat mehr als gut funktioniert: Anstelle der vorgeschriebenen 17 Sekunden erreichte die Anlage eine Taktzeit von elf Sekunden.