Komforteinrichtung Leichtere Autos schonen Umwelt und Portemonnaie

Forschung: Alternativen für die Bordnetzmontage. Kosten- und Gewichtsreduktion durch automatisierte Verlegung von Flachleitern.

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Im Automobilbau stehen die Weichen auf Veränderung. Politik und Verbraucher fordern im Kampf gegen den Klimawandel Autos, die wenig Kraftstoff verbrauchen und damit deutlich weniger CO2 ausstoßen. Neben der Forschung nach überzeugenden Antriebsalternativen zum herkömmlichen Verbrennungsmotor, steht die Suche nach Einsparpotentialen im Fokus. Ein Ansatz ist die Minderung des Gewichts der Fahrzeuge.

Heutzutage beruht der Großteil der beliebtesten Ausstattungsmerkmale eines Neuwagens auf Funktionen, die mittels Elektronik realisiert werden. Doch die dazu notwendigen Bordnetzsysteme treiben Gewicht und Kosten der Fahrzeuge in die Höhe. Gewicht, da die konventionellen Kabelbäume an Masse und Volumen immer mehr zugenommen haben. Kosten, da bei der Konfektionierung und Montage eine Automatisierung auf Basis bestehender Technologien praktisch nicht möglich ist.

Suchen und finden: Anlagenprototypen

Ausgehend von der Überlegung, dass die Verlegung flexibler Flachleiterkabel anstelle des herkömmlichen Kabelbaums Kosten und Gewicht der Fahrzeuge reduzieren könnte, begannen Wissenschaftler des Lehrstuhls für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ihre Forschungsarbeiten: Sie untersuchten die automatisierte Handhabung und Montage von flexiblen Flachleiterkabeln und entwickelten einen entsprechenden Anlagenprototyp.

Die FAPS Forschungsanlage macht es möglich, mehradrige Flachleiterkabel auf dreidimensionalen, flächigen Modulen (einer Fahrzeugtür beispielsweise) Roboter geführt zu verlegen und mittels der Verfahren Schmelzkleberauftrag oder Laserstrahlschweißen zu fügen. Im Mittelpunkt der Forschung stand die Verbindung der Kabel mit Funktionselementen, da die Stränge nach der Verlegung ja nur noch von einer Seite zugänglich sind.

Eine neue Kontaktierungstechnologie musste entwickelt werden. Sie sollte automatisierbar sein und den zusätzlichen Prozessschritt des Abisolierens überflüssig machen. Die mittlerweile zum Patent angemeldete Federklammer-Direktkontaktierung ist der Erfolg dieser Entwicklungsarbeit.

Demonstrieren und evaluieren

Bei diesem Konzept wird das zu kontaktierende Flachleiterkabel zunächst über einen kleinen „Kontaktberg“ verlegt. Während der linearen Zustellbewegung des zu kontaktierenden Funktionselements durchtrennen die Schneiden der beiden Kontaktbeine einer Federklammer die Isolationsschicht des Flachleiterkabels, gleiten auf dem Kupferleiter ab und schieben sich dabei unter die Isolation. Nun muss bis zur endgültigen Verschraubung des Funktionselements (z.B. einem Lautsprecher) mit dem Funktionsträger (Türmodul) eine Niederhaltekraft aufgebracht werden, die der Federkraft der Federklammern entgegenwirkt. Nach der Verschraubung ist dann die gewünschte kraftschlüssige und redundante elektrische Verbindung zwischen Flachleiterkabel und Funktionselement erreicht.

Die Umsetzbarkeit der Federklammer-Direktkontaktierung wird am FAPS Lehrstuhl in verschiedenen Montagezellen demonstriert und evaluiert. So werden dort unter anderem die automatisierte Flachleiterverlegung, die Flachleiterkontaktierung sowie die vollständige automatisierte Montage von PKW-Modulen, die Flachleiterkomponenten enthalten, untersucht.

In einer der Fertigungszellen wenden zwei Roboter die Federklammer-Direktkontaktierung exemplarisch an, um Flachleiter und elektrische Systeme - in diesem Fall einen Lautsprecher - in einer Fahrzeugtür zu montieren. Zwei Linearroboter des Typs Reis Robotics RL16 sind so angeordnet, dass zwischen ihnen ein gemeinsamer Arbeitsraum entsteht. Um die durch Linearroboter gegebenen Freiheitsgrade zu erweitern, ist das Werkstück auf einem Hexapod angebracht, der zusätzliche Positionsveränderungen ermöglicht. Der zelleninterne Materialfluss wird über ein Doppelbandgurtsystem abgewickelt. (mehr Infos nach dem Umblättern)

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