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

Zwei Roboter der Typen VS-6556G und VS-060 übernehmen in einer automatisierten Produktionsanlage der Quarder Systemtechnik entscheidende Funktionen.

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Moderne Kontrollsensoren sind aus heutigen Fahrzeugen nicht mehr wegzudenken: Die Hightech-Helfer melden beispielsweise im Automatikgetriebe die präzise Einstellung von Neutral- und Zwischenpositionen. Solche Sensoren werden bei einem Automobilzulieferer in einer automatisierten Produktionsanlage der Erwin Quarder Systemtechnik GmbH & Co. KG hergestellt und im Sensorträger verlötet.

Hierbei übernehmen zwei DENSO-Roboter entscheidende Funktionen: Da die Sensoren in kleinsten Miniaturbauräumen hochpräzise montiert werden müssen, ist eine manuelle Produktion unmöglich. Bei der Montage im (halb)automatisierten Wellenlötverfahren treten ferner technisch nicht vermeidbare Abweichungen in der Lötwellenhöhe auf – diese müssen individuell ausgeglichen werden. Die Lösung ist eine automatisierte Fertigungslinie, in der die Sensoren exakt, wiederholgenau und dennoch flexibel in einem robotergestützten Lötvorgang montiert werden.

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 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 sowie die Verlötung der Sensoren mit den Sensorträgern bis hin zur Qualitätskontrolle und der abschließenden Palettierung in Trays.

Die Herausforderung besteht darin, dass die Lötwellenhöhe trotz genauer Voreinstellung auf 4 mm bis zu 1 mm von diesem Wert abweichen kann“, berichtet Alexander Steinwand, Inbetriebnahmeleiter bei Quarder. „Technisch läßt sich das leider nicht vermeiden. Die Sensorträger müssen daher im Lötvorgang flexibel über die Lötwelle geführt werden um die jeweilige Abweichung auszugleichen. Ansonsten wäre der Sensor nicht präzise verlötet und das Bauteil damit unbrauchbar.“

Diese zentrale Aufgabe übernimmt ein Sechs-Achs-Roboter des Typs VS-6556G von DENSO Robotics. 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 reale Lötwellenhöhe wird vorher durch einen Sensor registriert und über die Anlage an den Roboter kommuniziert: Dieser kann nun die Abweichung flexibel ausgleichen, d.h. seine Bewegung des Werkteilträgers über der Lötwelle individuell anpassen. Nur dann wird der Sensor auch präzise im Sensorträger verlötet.

Die Anlage produziert im Dreischichtsystem in einer 24-Stunden-Schicht jeweils 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.

„Der Lötvorgang muss möglichst exakt, aber dennoch flexibel erfolgen, damit der Sensor selbst nicht beschädigt wird und am Sensorträger durch den Lötvorgang keine Kunststoffdeformierungen verursacht werden“, sagt Alexander Steinwand. Nach Abschluß des Lötvorgangs – für einen Werkteilträger werden nur 30-32 Sekunden benötigt – legt der Roboter diesen wieder auf der Produktionslinie ab, wo dann die Qualitätskontrolle erfolgt. Der zweite Roboter vom Typ VS-060 kommt am Ende der Produktionslinie bei der Palettierung der Werkteilträger in einer klassischen Pick-und-Place Anwendung zum Einsatz.

„Wir entschieden uns für DENSO-Roboter, da wir schon seit 2013 gute Erfahrungen gemacht hatten“, berichtet Alexander Steinwand, „und das Modell VS-6556G wählten wir wegen der sechs Achsen, weil der Lötvorgang Beweglichkeit und Flexibilität erfordert.“ Wichtig waren ferner die Traglastfähigkeit des Roboters – jeder Werkteilträger wiegt 2 kg –, 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.

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 Lötwinkel 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 können wir die Parameter des Lötvorgangs nach Bedarf individuell anpassen, u. a. die Geschwindigkeit des Lötvorgangs, die im Regelfall voreingestellt ist, aber auch alle anderen Parameter wie Lötweg, -dauer und -winkel“, sagt Alexander Steinwand. 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.

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.