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Zündende Lösung

Zündende Lösung

Robotik - Moderne Autos fahren schon längst nicht mehr mit 08/15-Zündkerzen aus dem Baumarkt. Die neuen Zündmechanismen sind Hightech pur ? entsprechend anspruchsvoll ist deren Fertigung.

31. August 2007

Angesichts steigender Treibstoffpreise und der sich abzeichnenden Klimaerwärmung arbeiten immer mehr Automobilhersteller an sparsamen Motoren mit wenig Abgasen. Diese Aggregate geben sich aber mit Standardzündkerzen nicht zufrieden. Gefragt sind Masseelektroden- Zündkerzen mit einer oder mehreren Massen. Bosch hat bereits reagiert und beliefert die Automobilhersteller mit eigens für bestimmte Generationen von Diesel- und Benzinmotoren entwickelten Zündkerzen. Produziert werden sie im Bosch- Werk Bamberg auf einer mit zwei Sechsachs-Knickarmobotern und einem Scara verketten Anlage, die bis auf einige Be- und Entladevorgänge vollautomatisch läuft. Zu den größten Herausforderungen für den Anlagenbauer Prowin aus dem niederbayerischen Hauzenberg zählte dabei die zuverlässige Automation des komplexen Produktionsprozesses und die Sicherstellung der Flexibilität.

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Komplexe Aufgabe

Mit dem Aufschweißen von Zweistoff-Masseelektroden ist die Aufgabenstellung zwar immer die gleiche. Es gibt allerdings Unterschiede bei den Kerzengehäusen und Zündkerzentypen, bei denen eine bis vier Elektroden, die in Länge und Querschnitt variieren, zu verarbeiten sind. Diese Vielzahl an Grundkomponenten multipliziert sich zu einem beachtlichen Variantenspektrum, das die Konzeption der Anlage entscheidend beeinflusst hat, wie Ernst Plöchinger, Vertriebsleiter von Prowin, bestätigt: »Im Anfangsstadium hatten wir dar über nachgedacht, die Aufgabenstellung mit einem Rundtisch zu bewerkstelligen. Da die geforderte Flexibilität damit aber kaum zu erreichen gewesen wäre, bot sich ein Roboter an. Mit dem Roboterkonzept können wir das derzeitige Aufgabenspektrum mit wenigen Rüstvorgängen abarbeiten. Außerdem haben wir die Möglichkeit, diese Anlage auch künftigen Anforderungen anzupassen, in dem wir zusätzliche Stationen integrieren und bestimmte Zuführungen wechseln. Diese Lösung ist also hundertprozentig zukunftssicher. «

Viele Stationen

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Die Anlage umfasst 18 Stationen mit vielen Arbeitsschritten. Wichtige Prozesse laufen sowohl vor als auch nach dem eigentlichen Widerstandsschweißen ab. In den Stationen eins bis fünf geht es um die korrekte Zuführung der Masseelektroden. Diese liegen als Schüttgut vor und werden über einen Vibrationsförderer zugeführt, vereinzelt und lagerichtig an einen pneumatischen Rundtisch übergeben. Hier findet eine erste Überprüfung der Elektroden auf Länge und Breite statt. Sind die Teile in Ordnung, greift sie sich ein Stäubli-Sechsachsroboter vom Typ TX 40. Die Aufgabe, die er zu erfüllen hat, klingt banal. Muss er doch lediglich eine der beiden Feinstanzen beladen, in welchen die Masseelektroden abgelängt werden. Allerdings: Der Fügespalt für diese Operation liegt bei nur 0,02 Millimetern. Doch der neue Stäubli TX-Sechsachser legt mit seinem rein mechanisch gefederten Greiferfinger die Elektroden auch unter dieser Voraussetzung exakt ein. Die Feinstanze bringt die Elektroden- Rohlinge auf die exakt vorgeschriebene Länge. Die Längentoleranz liegt dabei bei maximal 0,05 Millimetern. Die beiden Stanzen können stufenlos Masseelektroden in Längen von sechs bis 18 Millimeter produzieren. Ein einstellbarer Anschlag sorgt für maximale Flexibilität. Ein zweiter TX 40 übernimmt von der anderen Seite der Stanze die jeweils fertige Elektrode. Er verkettet die Stanzeinheiten mit den beiden Schweißmaschinen der Anlage. Punktgenau positioniert der Roboter die Elektrode in das Schweißwerkzeug einer der beiden Schweißmaschinen. Damit ist die Elektrode an der vorläufigen Endstation angekommen. Was noch fehlt, ist das Gehäuse der Zündkerze.

Schneller Scara

Die Zuführung dieser Gehäuse erfolgt über einen manuell zu bestückenden Linearförderer. Er ist für sieben Gehäusevarianten mit Längen von 25 bis 60 Millimetern und unterschiedlichen Gewinden und Schlüsselweiten ausgelegt. Das Einlegen des Gehäuses in das Schweißwerkzeug bewerkstelligt ein Stäubli Scara der neuen RS-Baureihe. »Wir haben uns für den größten Scara der Baureihe, den RS 80, entschieden. Die Vorteile dieses Roboters liegen in seiner Geschwindigkeit und Reichweite«, begründet Ernst Plöchinger. Die Geschwindigkeit des Scaras ist deshalb so maßgebend, weil sie die Taktzeit der kompletten Anwendung bestimmt. Ein Blick auf sein Aufgabenpensum zeigt, weshalb: Der Scara übernimmt nicht nur die Zuführung der Kerzengehäuse zu den beiden Schweißstationen, er ist auch in die nachfolgenden Arbeitsschritte involviert. Dabei kommt ihm seine Reichweite von 800 Millimetern zugute.

Außerdem verfügt der Scara über einen Doppelgreifer zum Be- und Entladen der einzelnen Stationen ohne Zwischenablage. Je nach Kerzentyp müssen die Schweißmaschinen zwischen einer und vier Masseelektroden aufbringen. Beim eigentlichen Schweißprozess überlässt Bosch nichts dem Zufall: Die Parameter wie Schweißstrom, Schweißzeit, Spannungs- und Stromverlauf sowie Einsinkweg und Einsinkkraft werden permanent überwacht und zum Teil gesteuert. Dafür verantwortlich sind Schweißsteuerungen von Bosch Rexroth und eine von Prowin entwickelte PC-gestützte Messtechnik. Nach dem Schweißen entnimmt der Stäubli RS 80 die Zündkerzen und übergibt sie an eine Richtstation. Hier werden die Masseelektroden, die nach dem Schweißprozess eventuell schief stehen, exakt ausgerichtet. Dieser Prozess erfolgt über einen Dorn von innen nach außen und anschließend von außen in die Senkrechte.

Qualität kontrollieren

In der nächsten Station schließt sich eine weitere Qualitätskontrolle an: das Messen der Länge der Massenelektroden. Der Längenunterschied zwischen den aufgeschweißten Elektroden darf maximal ein zehntel Millimeter betragen. Ein optisches Mikrometer mit Zeilenkamera überprüft diesen Wert. Anschließend übergibt ein Handlingsystem die geprüften Kerzengehäuse an einen Rundtisch, an dem eine Fräse die durch den Schweißprozess entstehenden Butzen an der Außen- und Innenseite des Gehäuses mechanisch entfernt. Dann sind die fertigen Kerzengehäuse bereit zur Entnahme. Gesteuert wir die Anlage durch eine PC-gestütze VPP21 von Bosch Rexroth mit dem Steuerungssoftwarepaket IndraWorx und dem OPCON Standard unter MS-Windows XP. Programmierung und Inbetriebnahme waren eine Herausforderung, galt es doch, viele Systeme zu verbinden. So kommen verschiedene Programmiersysteme für den Messrechner zum Einsatz, strukturierter Text nach IEC 61131-3 für die Maschinensteuerung und das Robotics Studio von Stäubli.

Steuerung inside

Direkt im VPP21 ist eine Achssteuerkarte integriert, mit der die Soft-SPS kommuniziert, und die den Antriebssatz mit sieben NCAchsen über Sercos steuert. Alle Steuerungskomponenten, die Robotersteuerung und der Messrechner sind per Industrial Ethernet verbunden und ins Werksnetz eingebunden. Mithilfe dieser Maßnahmen will der Betreiber sicherstellen, dass alle Daten der Anlage stets transparent sind.

Erschienen in Ausgabe: 04/2007