Prozessautomation für die industrielle Produktion und Prüfung mit Smart Single Stations

Mit schlüsselfertigen Systemen für Montage- und Prüfprozesse liefert Kistler integriertes Messtechnik-Know-how für die industrielle Produktion nach individuellen Vorgaben. Die Fertigungs- oder Prüfzellen werden exakt nach Kundenspezifikation ausgelegt und können je nach Komplexität als einfache Einzelzelle, teilautomatisierte Einzelzelle oder vollintegrierbare automatisierte Zelle eingesetzt werden.

Industrielle Fertigungsprozesse für Branchen wie Automotive, Elektronikindustrie oder Medizintechnik unterliegen häufig höchsten Qualitätsanforderungen. Hinzu kommen Vorgaben hinsichtlich Nachhaltigkeit, Rückverfolgbarkeit und Effizienz, die sich nur mit fortgeschrittenen Fertigungstechnologien erfüllen lassen. Mit messtechnisch ausgerüsteten Komponenten und Systemen lassen sich Produktionsabläufe – wie etwa das Fügen und Einpressen von Bauteilen oder die Qualitätsprüfung am Ende der Linie – verbessern und zugleich transparenter machen.

Kistler bietet solche Lösungen nicht nur als Einzelprodukt oder Modul an, sondern auch als schlüsselfertiges, kundenspezifisches System, die sogenannte Smart Single Station (SST). SSTs kommen überall da zum Einsatz, wo präzise, qualitätsgesicherte und rückverfolgbare Produktionsabläufe entscheidend sind. Mit Smart Single Stations lässt sich eine Vielzahl von Aufgabenstellungen lösen, häufig mit Integration der flexiblen und energieeffizienten elektromechanischen Fügesysteme von Kistler – drei Anwendungen als Beispiel:

• Handarbeitsplatz in Versuchslinie für die Elektromotorenfertigung
• Komplexe Leiterplatten-Montage für ein elektrisches Pick-up-Fahrzeug
• Komplette Linienfertigung von Ventilinseln für ein aktives Bremssystem

Hochindividueller Handarbeitsplatz für Prototypenfertigung

Für die Elektromotoren-Versuchslinie eines großen europäischen Nutzfahrzeugherstellers lieferte Kistler einen hochgradig kundenspezifischen Handarbeitsplatz zum Einpressen verschiedener Rotorpakete auf eine Welle. Zum Einsatz kommt hier das NC-Fügesystem NCFN von Kistler in einer speziellen abgewinkelten Version und mit einer hohen Nennfügekraft von 400 kN. Für das ergonomische Be- und Entladen der Zelle wurde ein motorisch präzise verfahrbarer Tisch integriert, der die bis zu 75 kg schweren Komponenten aufnimmt. „Zudem waren eine Reihe von Herausforderungen in Bezug auf vom Kunden geforderte Sicherheits- und Designspezifikationen zu lösen“, berichtet Wadim Weber, Vertriebsingenieur Smart Single Stations bei Kistler. „Für kleine Kräfte und als Referenzsensor wurde ein zusätzlicher Kraftaufnehmer integriert. Zudem verfügt das System über einen elektronischen Handscanner, der den automatischen Abruf der Messprogramme zu den unterschiedlichen Rotorpaketen direkt aus dem Prozessüberwachungssystem maXYmos NC erlaubt.“

Um das System so effizient wie möglich betreiben zu können, wurde der Arbeitsbereich offen gestaltet und mit zwei Lichtschranken abgesichert. Die mit passenden Befestigungen ausgestattete Arbeitsplatte lässt sich per Handgriff ein- und ausziehen, um die Bestückung zu vereinfachen. „Mit dieser Kombination aus Handarbeitsplatz und anspruchsvoller Prozessautomatisierung gelang es uns, die Kundenwünsche in puncto Wiederholbarkeit, Präzision und Effizienz bestmöglich zu erfüllen“, ergänzt Hoffmann.

Komplexe halbautomatische Montage von Leiterplatten

Für ein US-amerikanisches Unternehmen, das die Elektrifizierung der in Amerika beliebten Pick-ups vorantreibt, stellte Kistler ein komplexes halbautomatisches System zur Montage von Halbleiterelementen (IGBTs) zur Verfügung. Durch sogenanntes Kaltverschweißen werden insgesamt sieben Komponenten unterschiedlichen Typs dauerhaft mit der Leiterplatte verbunden. „Nach dem manuellen Einlegen werden die einzelnen Positionen automatisch angefahren, um die Fügeprozesse mit einem hohen Maß an Präzision und Verlässlichkeit ausführen zu können. Sowohl die Beweglichkeit des Fügemoduls in X- und Y-Richtung als auch die Drehbarkeit des Werkzeugs um 90 Grad wurden genau nach Kundenvorgabe umgesetzt. Der Werker braucht die automatisch bestückte Platine am Ende nur noch zu entnehmen“, erläutert Klaus Hoffmann, Produktmanager SST bei Kistler.

Um das System so effizient wie möglich betreiben zu können, wurde der Arbeitsbereich offen gestaltet und mit zwei Lichtschranken abgesichert. Die mit passenden Befestigungen ausgestattete Arbeitsplatte lässt sich per Handgriff ein- und ausziehen, um die Bestückung zu vereinfachen. „Mit dieser Kombination aus Handarbeitsplatz und anspruchsvoller Prozessautomatisierung gelang es uns, die Kundenwünsche in puncto Wiederholbarkeit, Präzision und Effizienz bestmöglich zu erfüllen“, ergänzt Hoffmann.

Vollautomatisierte Systemfertigung in der Linie

Wenn erforderlich, können mehrere SST zu einer komplexen Linie kombiniert werden, um mehrere Montageschritte hinter- und nebeneinander auszuführen und dabei kurze Zyklen zu erreichen. Für einen Anlagenbauer eines großen chinesischen Autoherstellers konzipiert Kistler aktuell kombinierte Montage- und Prüfzellen für eine vollautomatische Fertigungslinie: Die aus insgesamt sechs Smart Single Stations bestehende Anlage zur Komponentenfertigung für ein Brems- und Assistenzsystem für Elektroautos soll bei einer Zykluszeit von 30 Sekunden 450.000 Systeme pro Jahr montieren können.

Cao Yue, Engineering Manager bei Kistler in China, erklärt: „Insgesamt kommen 12 elektromechanische Fügesysteme zum Einsatz, um eine komplette Ventilinsel zu montieren. Fünf Stationen sind baugleich und dienen dem Einpressen und Vernieten von je 36 Kugeln in sechs unterschiedliche Ventilkörper. An der sechsten Station werden abschließend drei weitere Kugeln in einem anderen Winkel gefügt und ebenfalls vernietet.“ Jede Smart Single Station verfügt zudem über Roboterhandling, automatischen Werkzeugwechsel und luftgefederte Arbeitsflächen. Den Beginn der Linie bildet eine Lasermarkierzelle von Kistler, die ebenfalls vollautomatisch (per Roboter) bestückt wird und die zu fertigenden Ventile mit einem Data-Matrix-Code für die Rückverfolgbarkeit versieht. Die Verkettung der Prüfzellen sowie die Integration der Robotik erfolgt in enger Absprache mit Kistler durch den Anlagenbauer.

Flexible Fertigungstechnologie nach Kundenwunsch

Das Konzept der Smart Single Station von Kistler ist nicht auf Fügeprozesse – wie Einpressen, Clinchen, Nieten und weitere – beschränkt. Insbesondere lässt sich optische Prüftechnik zur Qualitätssicherung flexibel in solche Systeme integrieren: Dabei werden Bauteile mit Hilfe hochauflösender Kameras und der Vision-Software KiVision von Kistler geprüft, so dass höchste Qualitätsstandards bis hin zu zero defect erfüllt werden können. Aber auch weitere Technologien wie automatisierte Schraubprüfung, E-Motoren-Prüfung sowie branchenspezifische Prozessüberwachungslösungen – beispielsweise für Halbleiterfertigung oder Medizintechnik – werden auf Anfrage kundenindividuell integriert und als schlüsselfertiges System bereitgestellt.