Neues Verfahren ermöglicht automatisierte Herstellung von Kabelbäumen
Kabelbäume gehören zu den wenigen Teilen, die vor allem in der Automobil-
und in der Konsumgüterproduktion nach wie vor händisch hergestellt oder
verarbeitet werden müssen. Durch den Lieferengpass bei Kabelbäumen könnte
nun ein Verfahren attraktiv werden, das Forscher der Hochschule Karlsruhe
entwickelt haben.
Mit diesem Verfahren wird eine automatisierte Fertigung bzw. Montage von
Kabelbäumen möglich, indem Industrieroboter zur Herstellung von
Kabelbäumen flexibel und wirtschaftlich eingesetzt werden können.
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
kg und einer kilometerlangen Gesamtlänge. Kabelbäume werden jedoch nicht
nur in Autos verbaut, sondern werden auch für Schaltschränke sowie die so
genannte weiße und braune Ware benötigt, also für Haushaltsgeräte und
Unterhaltungselektronik.
Gerade in diesen Geräten, aber auch in den Autos wird immer mehr
Elektronik auf kleinstem Raum untergebracht. Daher werden die Kabel sowie
die Verbindungen und Stecker immer kleiner und eine manuelle Verarbeitung
immer schwieriger. Die Anforderungen an den Bereich der Elektroautos oder
etwa die zukünftigen Entwicklungen bei selbstfahrenden Systemen werden
diese Thematik noch verstärken, immer mehr Elektronik auf möglichst
kleinem Platz und mit möglichst wenig Gewicht unterbringen zu müssen.
Kleinere Kabelquerschnitte und Kleinstgrößen der Schalter machen es
zunehmend schwieriger, Kabelbäume manuell herzustellen. Bislang werden die
einzelnen Kabel auf einem Kabelbrett gelegt und in bestimmte Richtungen
gebogen oder zusammengesteckt. Eine Automatisierung ist schwierig, weil
bisherige Greifsysteme nicht in der Lage waren, nicht exakt platzierte
biegeschlaffe Kabel zu greifen oder Stecker zu verbinden.
Der Automatisierungsdruck in der Herstellung wird aus verschiedenen
Gründen immer relevanter: Zum einen könnten die Kabelbäume durch ein
Robotersystem vor Ort individueller auf die jeweiligen Anforderungen
angepasst werden. Zum anderen sind die Kabel-Querschnitte, die Stecker und
die Verbindungen so klein geworden, dass eine manuelle Verarbeitung
schwierig und zeitraubend ist. Auch die Qualitätskontrolle, die bislang
optisch oder durch Ziehen am Kabel erfolgt, ist bei sehr kleinen Bauteilen
kaum noch möglich.
Prof. Dr.-Ing. Bernd Langer und Prof. Dr.-Ing. Martin Kipfmüller haben an
der Hochschule Karlsruhe ein Verfahren zur automatisierten Herstellung und
Montage von Kabelbäumen entwickelt. Mit diesem Verfahren wird es möglich
werden, Industrieroboter zur Herstellung von Kabelbäumen flexibel und
wirtschaftlich einsetzen zu können.
Der Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung ist im biegesteifen Zustand
klar definiert und linear. Nachdem der biegesteife Zustand durch
Einfrieren der Kabel erreicht ist, werden diese durch Industrieroboter
geformt und auf Verlege-Anordnungen fixiert, die sich durch steuerbare
bewegliche und temperierbare Stifte auszeichnen. Das Abkühlen kann in
einem Kühlbereich oder durch Kühlbacken – also einem Mikroklima -
erfolgen. So ist es denkbar, dass im Greifer des Industrieroboters Heiz-
und Kühlelemente enthalten sind.
Die Kabel werden an der Biegestelle lokal erwärmt, damit die Isolation bei
der Verformung nicht irreversibel geschädigt wird. Anschließend wird das
Kabel sofort wieder abgekühlt, damit die Biegung stabilisiert. Die
Roboterarme können dann mit vordefinierter Kraft den nächsten
Kabelabschnitt ausrichten. Besonders interessant ist, dass nun Kabel auch
im Rahmen der Montage durch Steckerwände hindurch gesteckt werden können,
ohne dass dies abknicken.
Die Grundlagen für eine prototypische Umsetzung sind gesetzt, nun geht es
um industrielle Anwendungsfälle.
Das Verfahren ermöglicht durch das Abkühlen eine Automatisierung im
Bereich der Kabelbaumherstellung mit hoher kundespezifischer Varianz und
Flexibilität. Der Kabelbaum kann kurz vorher in der gewünschten
Ausfertigung produziert werden und steht dann exakt zum Einbauzeitpunkt
bereit. So muss nicht mehr – wie bisher – eine wochenlange Lieferzeit
eingeplant werden.
Damit fügt sich das Verfahren ebenso in Herstellungsprozesse ein, die im
Hinblick auf Lean-Production optimiert werden sollen. Die Vorteile des
Verfahrens sind eine deutliche Verkürzung der Produktionszeiten sowie die
bessere Planbarkeit und Verkürzung der Lieferkette, da die Produktion
aufgrund der Kostenoptimierung durch Automatisierung in Industrieländer
rückverlagert werden kann. Dies wirkt sich wiederum auch positiv auf die
Qualitätssicherung aus. Zudem kann die Durchlaufzeit verringert werden,
weil erforderliche Kabelbäume nicht lange im Voraus bestellt werden
müssen.
Wenn der Kabelbaum durch die Automatisierung innerhalb des
Produktionslaufs hergestellt werden kann, wird auch der so genannte One-
Piece-Flow möglich, was wiederum die Flexibilität erhöht.
Patente für die Erfindung wurden in Deutschland und verschiedenen
europäischen Ländern erteilt. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH
unterstützt die Hochschule Karlsruhe 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.
Für weitere Informationen: Dipl.-Ing. Erick Pérez-Borroto Ferrer
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