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Moderne Kontrollsensoren für Fahrzeuge: DENSO-Roboter ermöglichen flexible und präzise Lötmontage.

Firma: Erwin Quarder Systemtechnik GmbH & Co. KG
Branche: Werkzeugbau, Systemtechnik, Automation

Eingesetzte DENSO-Produkte: VS-6556G und VS-060

Firmenstandort: Deutschland
Website: www.quarder.de

HERAUSFORDERUNG

 

Moderne Fahrzeuge sind ohne High-tech nicht mehr denkbar: Eine entscheidende Rolle dabei spielen Sensoren, die sicherheitsrelevante Steuerungsfunktionen im Fahrzeug unterstützen. In vielen Fällen ist ihre Herstellung erst seit Einführung automatisierter Produktionssysteme überhaupt technisch möglich, denn Sensoren müssen vor allem in Miniaturbauräumen und dazu hochpräzise montiert werden – das ist manuell nicht machbar.
 

Oft erfolgt die Montage im (halb)automatisierten Wellenlötverfahren, d.h. der Sensor wird mit dem Sensorträger verlötet. Die Herausforderung: Trotz genauer Voreinstellung der Lötwellenhöhe treten oft minimale, technisch jedoch nicht vermeidbare Abweichungen von diesem Wert auf – die Folge: der Sensor ist nicht präzise verlötet, das Bauteil also unbrauchbar. Die Sensorträger müssen daher im Lötvorgang je nach Abweichungsgrad flexibel über die Lötwelle geführt werden um die Abweichung entsprechend auszugleichen.

LÖSUNG

 

Sensoren dieser Art melden z.B. im Automatikgetriebe die Einstellung zur hochgenauen Regelung von Neutral- und Zwischenposition. Sie werden bei einem Automobilzulieferer in einer automatisierten, robotergestützten Produktionsanlage der Erwin Quarder Systemtechnik GmbH & Co. KG hergestellt und montiert.
 

Quarder ist u. a. Spezialist für Automatisierungslösungen rund um die Spritzgusstechnologie. Mit innovativer Ingenieurskunst und Informatik entwickelt das Unternehmen individuelle Fertigungsanlagen für die Anforderungen der modernen Industrie mit hoher Funktionalität, Qualität, Sicherheit und Komfort.

 

Die automatisierte Fertigungslinie für Sensoren besteht aus 12 Modulen – von der Herstellung der Sensorträger aus Kunststoff in der Spritzgussmaschine mit anschließender Einschleusung in die Montagelinie über die Entnahme und das Einsetzen der Sensoren, die Vorbereitung mit Flussmittel und schließlich die Verlötung der Sensoren mit den Sensorträgern im automatisierten, robotergestützten Wellenlötverfahren bis hin zur Qualitätskontrolle und der abschließenden Palettierung in Trays.
 

In dieser Anlage übernehmen zwei DENSO-Roboter wichtige Funktionen: Zunächst kommt ein Sechs-Achs-Roboter des Typs VS-6556G zum Einsatz. Dieser greift einen Werkteilträger von der Montagelinie, auf dem sich jeweils vier Sensorträger mit eingelegtem Sensor befinden – diese müssen nun miteinander verlötet werden. Dazu bewegt der Roboter den Werkteilträger exakt über die fest montierte Lötwelle. Die Herausforderung besteht darin, dass die Höhe der Lötwelle mit 4 mm zwar voreingestellt ist, doch bis zu 1 mm abweichen kann. Die reale Lötwellenhöhe wird daher von einem Sensor gemessen und über die Anlage an den Roboter kommuniziert: Dieser kann je nach Abweichung flexibel reagieren, d.h. seine Bewegung des Werkteilträgers über der Lötwelle entsprechend anpassen, um die Abweichung auszugleichen. Nur dann wird der Sensor auch präzise im Sensorträger verlötet.
 

Der Lötvorgang muss auch deshalb so exakt wie möglich, aber eben so flexibel wie nötig erfolgen, damit der Sensor selbst nicht beschädigt wird und am Sensorträger durch den Lötvorgang keine Kunststoffdeformierungen verursacht werden.
 

Nach Abschluß des Lötvorgangs – für einen Werkteilträger werden 30-32 Sekunden benötigt – legt der Roboter diesen wieder auf der Produktionslinie ab, wo nachfolgend die Qualitätskontrolle erfolgt. Der zweite Roboter vom Typ VS-060 kommt erst am Ende der Produktionslinie bei der Palettierung der Werkteilträger in einer klassischen Pick-und-Place Anwendung zum Einsatz.
 

Beide Roboter sind vollständig in die Anlage integriert: die Schnittstellen-Fernsteuerung der Roboter erfolgt über Profibus, Wago-SPS, die Werte werden als Integer-Variablen kommuniziert (vom Winkel über Verschiebungen bis hin zu Lötlänge, -geschwindigkeit und -zeiten). Die Roboter selbst sind mit PacScript in WinCaps programmiert. Über Ethernet erfolgt der Programmzugriff mit einer externen VPN-Verbindung, die Steuerung selbst ermöglicht ein kleiner Touchscreen-Monitor, der als Bedienpanel dient. Hier kann der Nutzer die Parameter des Lötvorgangs individuell nach Bedarf anpassen, u. a. die Geschwindigkeit des Lötvorgangs, die im Regelfall voreingestellt ist, aber auch alle anderen Parameter wie Lötweg, -dauer und -winkel. Diese Flexibilität ist nicht nur für die Montage anderer Sensortypen ein großer Vorteil, sondern ermöglicht auch direkte, unkomplizierte Modifizierungen des Lötvorgangs ohne die Grundeinstellungen aufwändig neu programmieren zu müssen.
 

Quarder entschied sich für DENSO Robotics, weil das Unternehmen schon seit 2013 gute Erfahrungen mit den Robotern gemacht hatte. Das Modell VS-6556G wurde für diese Anwendung aufgrund der sechs Achsen gewählt, damit die beim Lötvorgang erforderliche Beweglichkeit und Flexibilität gegeben sind. Wichtig waren ferner die Traglastfähigkeit des Roboters, da jeder Werkteilträger 2 kg wiegt, sowie die Geschwindigkeit: Zwei Voraussetzungen, die der Robotertyp mit einer Traglastfähigkeit von max. 7 kg sowie einer Zykluszeit von 0,49 Sekunden erfüllt. Auch die ausgezeichnete Wiederholgenauigkeit des Roboters (+ -0,02 mm) war mit Blick auf das hochpräzise Verfahren ein Entscheidungsfaktor.
 

Darüber hinaus lassen sich die Roboter genau kalibrieren, einfach programmieren und in die automatisierte Produktionsanlage integrieren. Quarder war überdies von der Kosteneffizienz, der Langlebigkeit und der technischen Zuverlässigkeit der DENSO-Roboter überzeugt, so dass derzeit fünf dieser Modelle im Unternehmen eingesetzt werden.

VORTEILE

Dank der Roboter konnte die Produktionslinie vollautomatisiert werden, denn erst durch ihren Einsatz lassen sich die Sensoren in dem kleinen Bauraum präzise und wiederholgenau löten.
 

Die Anlage produziert im Dreischichtsystem je 24-Stunden-Schicht insgesamt 10.800 Sensoren. Die Fehlerhäufigkeit beim Löten beträgt nur etwa 1 Prozent. Das ist für diesen komplizierten Prozess ein außerordentlich guter Wert – bei gleichzeitig hoher Kosten- und Zeiteffizienz in einer technischen Qualität, die ohne Roboter nicht erreichbar wäre.
 

Am Ende profitieren die Autofahrer: die robotergestützte, präzise Montage der Sensoren macht deren Einsatz in modernen Fahrzeugen überhaupt erst möglich und verbessert so die Fahrzeugkontrolle und die Sicherheit beim Fahren.

 

Mehr über die Quarder Systemtechnik: www.quarder.de

Mehr über DENSO Robotics: www.densorobotics-europe.com/de