Schrittmacher für die Elektromobilität

Elektromobilität ist für die Automobilindustrie ein relativ junges Geschäftsfeld, dementsprechend gilt es hier, neue Wege zu gehen. Der Automatisierungsspezialist SAR hat daher eine komplette Produktionslinie für die Elektronikbaugruppe entwickelt, die mit Hilfe von elf Robotern von KUKA das Herzstück von Elektroautos fertigt – vollautomatisch.

Automatisierte Fertigung des Elektromobilit?t-Steuerelements

Die Elektronikbaugruppe ist das Herzstück jedes Elektroautos. Das relativ unscheinbare Ger?t ist etwas gr??er als ein Schuhkarton, rund zw?lf Kilogramm schwer, und wandelt als zentrales Steuerelement im Fahrzeug den Gleichstrom der Batterien in Wechselstrom um. Erst dann kann der Motor mit der emissionsfreien Energie arbeiten und sie in Kraft umsetzen. Auch wenn Elektromobilit?t boomt: Für die Automobilbranche ist die Technologie relativ neu, was die Erfahrung in der Produktion und die Entwicklung von Auto-Modellen angeht.

Passende Konzepte für die intelligente Fertigung von E-Autos und die Integration in den Produktionsprozess sind deshalb gefragt. Den Zulieferern kommt dabei eine gro?e Bedeutung zu. Denn sie stellen in diesem Fall nicht nur vorkonfektionierte und passgenaue Einzelteile zur Verfügung, wie das bislang meist der Fall war, sondern wirken aktiv am Entwicklungsprozess mit. So wie der Automatisierungsspezialist SAR aus dem bayerischen Dingolfing. Das Unternehmen entwickelt und produziert unter anderem Fertigungsl?sungen für die Automobilindustrie und deren Partner.

Präzise montieren: Ein KR CYBERTECH setzt das elektronische Innenleben in das Gehäuse der Elektroauto-Steuereinheit ein.

Das Fahrzeug-Herz entsteht mit Hilfe von KUKA Robotern

So etwa auch eine Produktionslinie für die Elektronikbaugruppe von Elektroautos im Auftrag eines Tier-1-Lieferanten. Und das ist – wie bei Herzoperationen üblich – keine einfache Aufgabe. ?Unser Ziel ist es, mit dem Werkzeug Roboter intelligente L?sungen zu finden, die der konventionelle Ansatz nicht leisten kann“, erkl?rt Georg Dullinger, Gesch?ftsleiter Vertrieb bei SAR. Das bedeutet in diesem Fall, eine automatisierte Fertigung aufzubauen, die nicht nur Montage-Teile für Elektroautos zusammensetzt, sondern von der Kennzeichnung der Einzelteile, über die Schraub- und Klebeaufgaben, bis hin zu Tests und Prüfungen der Zwischenschritte und letztendlich des fertigen Produkts s?mtliche Prozessschritte steuert und überwacht.

Fast fertig: Nach der automatischen Montage des Deckels ist die Steuereinheit für das elektrische Auto komplett.

Automatisierung: Maximale Flexibilität als Grundvoraussetzung

?Mit einer Aneinanderreihung von Roboterzellen ist es nicht getan“, erkl?rt Dullinger. ?Für diese Prozesse gibt es keine Blaupause, keine Best Practices.“ Stattdessen entwickelte SAR L?sungen für s?mtliche Einzelschritte der Automatisierung – und die intelligente Verbindung zu einem Gesamtkonzept – lange bevor die Auto-Modelle der Hersteller serienreif waren. ?Die Herausforderung ist die hohe Flexibilit?t: W?hrend der gesamten Entwicklungsphase gab es immer wieder ?nderungen am finalen Modell. Gesetzt war lediglich das Verbauma? der Fahrzeuge. Das Innenleben wurde aber stark modelliert.“

Die automatisierte Fertigung und Montage mit verschiedenen Roboterzellen beim Probelauf im Werk von SAR in Dingolfing.

Auch in den produktiven Linien gibt es nach wie vor ?nderungen an den Auto-Bauteilen, auf die schnell reagiert werden muss. Kurz gesagt: Entwicklung und Fertigung sind extrem agil. Das ist vermutlich auch der Grund, warum durchaus mal der Technologie-Vorstand eines Auto-Konzerns vor der Tür steht, um sich selbst einen Eindruck vom Stand der Automatisierung zu verschaffen. ?Das ist für Unternehmen unserer Gr??e durchaus unüblich“, sagt Franz Steinbauer, Projektleiter bei SAR, und schmunzelt.

Fahrzeug-Montage automatisieren: Ein KR QUANTEC Roboter prüft Funktionalität und Dichtigkeit der montierten Steuereinheiten für das Elektroauto.

Industrieroboter sorgen für pr?zise Montage von Elektroautos

Vom Ergebnis der langen Entwicklungsarbeit ist aber letztlich nicht nur der Vorstand überzeugt: In der aktuellen Konfiguration der Produktionslinie sind 28 Roboter im Einsatz, 11 davon stammen von KUKA. Sie übernehmen alle relevanten Aufgaben der Automatisierung, um 47 einzelne Fahrzeug-Bauteile zu verschrauben, zu verkleben, zu prüfen und letztlich mit dem Auto zu verheiraten. Automatisierung auf H?chstniveau.

Mit Hilfe der Roboter von KUKA können wir jeden beliebigen Ausbaugrad darstellen, bis hin zur kompletten Produktion.

Georg Dullinger, Geschäftsleiter Vertrieb bei SAR

Die einzelnen Schritte der Montage klingen dabei zun?chst unspektakul?r: In das Geh?use der Steuereinheit für die E-Autos setzen die Industrieroboter verschiedene Elektronik Bauteile ein. Sie reinigen und kontrollieren, sortieren aus oder bearbeiten nach. Soweit das Grundkonzept. Allerdings ist das Herzstück ebenso empfindlich wie überlebensnotwendig für das fertige Elektroauto-Modell – und dementsprechend umsichtig und pr?zise müssen die Einzelschritte der Montage erfolgen.

Robotik: Schrauben unter Sauberraumbedingungen für die E-Mobilität

Das bedeutet beispielsweise, dass Klebestellen im Fertigungsprozess zun?chst gereinigt werden. Dazu f?hrt ein KR AGILUS von KUKA die Stellen mit einer Plasmalanze nach und befreit sie mit 30.000 Grad hei?em ionisierten Gas von Schmutzpartikeln und anderen Kontaminationen. Anschlie?end tr?gt der Roboter Dichtmasse auf. Ein KR CYBERTECH setzt verschiedene Bauteile ins Geh?use ein. ?Schon kleinste elektrische Str?me k?nnen die empfindlichen Bauteile zerst?ren“, sagt Franz Steinbauer, ?daher ist die elektromagnetische Vertr?glichkeit hier besonders wichtig.“

Ein KR AGILUS befreit die Klebestellen mit einer Plasmalanze von Schmutzpartikeln.

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.

Montage mit Robotern automatisieren: Ein KUKA Roboter trägt Dichtmasse auf die Gehäusehälften auf.

Erst montieren, dann prüfen: Ein KR QUANTEC Roboter von KUKA prüft die Steuereinheiten für das Elektroauto.

Wasser und Strom vertragen sich nicht in der Fertigung – oder doch?

?über die gesamten Montage-Prozesse hinweg erfassen wir einen sogenannten Datenbaum für jedes Bauteil. Das hei?t, von der kleinsten Schraube bis zum Geh?usedeckel des Elektrofahrzeugs k?nnen wir genau nachvollziehen, woher sie stammen und wie sie verarbeitet wurden. Daraus lassen sich sp?ter m?gliche Rückschlüsse ableiten, sollte es beim Fahrer des E-Autos zu einem Ausfall kommen“, erkl?rt Vertriebsleiter Georg Dullinger.

Zwischendurch erfolgen immer wieder Dichtigkeitsprüfungen und Funktionstests für das Fahrzeug, um die hohe Qualit?t der Verarbeitung zu gew?hrleisten. 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 bei den folgenden Schritten.

Welcher Automatisierungsgrad soll es sein?

Der Roboter von KUKA legt die Steuereinheiten in die Hoch- und Niedervolt-Isolationsprüfung – schließlich fließt hier am Ende Wechselstrom durch die „Adern“ des E-Autos. Anschließend bekommen die Elektroherzen ihr Betriebssystem aufgespielt, sozusagen den Odem des Lebens eingehaucht. Sind alle Tests positiv und das Wasser wieder abgelassen, sind die Steuereinheiten bereit für ihr Leben als Fahrzeug-Schrittmacher.

Klein, aber oho! Die Steuereinheiten eines E-Autos, gefertigt mit Hilfe von KUKA Robotern.

Aktuell bestücken Werker die Produktionslinie und entnehmen am Ende die fertigen Steuerungseinheiten für die E-Autos. Langfristig l?sst sich aber auch dieser Prozessschritt automatisieren. ?Mit Hilfe von fahrerlosen Transportsystemen k?nnten wir schon jetzt die verschiedenen Elektronik Bauteile aus einem sogenannten Supermarkt abholen und zu den Stationen bringen lassen“, sagt Georg Dullinger. ?Die L?sung ist hoch skalierbar und individuell anpassbar.“

So w?re es beispielsweise m?glich, die Produktionslinie in verschiedenen Stufen aufzubauen, Teile davon k?nnen sogar bei Zulieferern zum Einsatz kommen. ?Mit Hilfe der Roboter von KUKA k?nnen wir jeden beliebigen Ausbaugrad darstellen, bis hin zur kompletten Produktion“, sagt Dullinger. ?Welchen Automatisierungsgrad wir realisieren, h?ngt ganz von unseren Kunden ab.“