Wie die automatisierte Herstellung gelingen soll

Kabelbäume gehören zu den wenigen Teilen, die nach wie vor händisch hergestellt oder verarbeitet werden müssen. Bestand ein Kabelbaum früher aus wenigen Drähten, handelt es sich heute um kilometerlange hochkomplexe Leitungsstränge mit einem Gewicht von bis zu 60 Kilogramm. Durch den Lieferengpass bei Kabelbäumen könnte nun ein Verfahren an Bedeutung gewinnen, das Forscher der Hochschule Karlsruhe (HKA) entwickelt haben. Das Verfahren soll eine automatisierte Fertigung beziehungsweise Montage von Kabelbäumen ermöglichen, indem Industrieroboter flexibel und wirtschaftlich eingesetzt werden.

Da in Fahrzeugen immer mehr Elektronik auf kleinstem Raum untergebracht wird, fallen die Kabel sowie die Verbindungen und Stecker immer kleiner aus und eine manuelle Verarbeitung wird immer schwieriger, heißt es beim HKA. Die Anforderungen an E-Autos oder 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, vermuten die Wissenschaftler.

Bislang werden die einzelnen Kabel auf ein 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.

Zum einen könnten die Kabelbäume durch ein Robotersystem vor Ort individueller auf die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Zum anderen seien 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, heißt es beim HKA.

Das von Bernd Langer und Martin Kipfmüller von der Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik an der HKA entwickelte Verfahren zur automatisierten Herstellung und Montage von Kabelbäumen soll es ermöglichen, Industrieroboter zur Herstellung von Kabelbäumen flexibel und wirtschaftlich einsetzen zu können. Nachdem der biegesteife Zustand durch Einfrieren der Kabel erreicht ist, werden diese durch Industrieroboter geformt und auf Verlege-Anordnungen fixiert, die durch steuerbare bewegliche und temperierbare Stifte gekennzeichnet sind. Das Abkühlen kann in einem Kühlbereich oder durch Kühlbacken – also einem Mikroklima - erfolgen. So sei 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 sich die Biegung stabilisiert. Die Roboterarme können dann mit vordefinierter Kraft den nächsten Kabelabschnitt ausrichten. Besonders interessant sei, dass nun Kabel auch im Rahmen der Montage durch Steckerwände hindurch gesteckt werden können, ohne dass diese abknicken.

Das Verfahren ermögliche durch das Abkühlen eine Automatisierung im Bereich der Kabelbaumherstellung mit hoher kundespezifischer Varianz und Flexibilität. Der Kabelbaum könne kurz vorher in der gewünschten Ausfertigung produziert werden und stehe dann exakt zum Einbauzeitpunkt bereit. So müsse nicht mehr – wie bislang – eine wochenlange Lieferzeit eingeplant werden.

Als Vorteile des Verfahrens nennt das HKA 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 wirke sich wiederum auch positiv auf die Qualitätssicherung aus. Zudem könne die Durchlaufzeit verringert werden, weil erforderliche Kabelbäume nicht lange im Voraus bestellt werden müssen.

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 der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Lizenzierung beziehungsweise Kauf der Patente, so das HKA.

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