Pkw-Unterbodenverkleidungen effizienter montieren

Versuche für automatisiertes Handling mit anschließender Montage einer Unterbodenverkleidung am Fraunhofer IWU (mit Projektleiter M.Eng. Marcel Lorenz)
Versuche für automatisiertes Handling mit anschließender Montage einer Unterbodenverkleidung am Fraunhofer IWU (mit Projektleiter M.Eng. Marcel Lorenz) – Bild: Fraunhofer-Institut IWU

Ein Projektteam aus Fraunhofer IWU und Volkswagen Sachsen erprobt am Fraunhofer IWU ein hybrid-autonomes Montagesystem (HAutoMont), das eine wirtschaftliche und teilautonome Montage von PKW-Unterbodenverkleidungen ermöglichen soll. Das Team erarbeitet zudem Empfehlungen für eine automatisierungsgerechte Weiterentwicklung von Montageprozessen und Bauteilen.

In einer Pressemitteilung erklärt das Team, dass Unterbodenverkleidungen (UBV) oft in Über-Kopf-Arbeit oder in anstrengender Körperhaltung unter dem Fahrzeug montiert werden. Bei Mitarbeitern könne dies zur Belastung für Schultern, Nacken und den Rücken werden. Große, flexible Bauteile mit komplexen Formen können außerdem nur mit einigem Kraftaufwand positioniert werden. Zur Befestigung dienen meist Clips oder Schrauben, die extra aufgenommen und mitgeführt werden müssen. Zudem wird betont, dass große Bauteile für die Verschraubung zusätzlich eine zweite Person erfordern und der Bewegungsraum nicht immer großzügig bemessen ist. Alles Aspekte, die für eine Automatisierung dieser Aufgaben sprechen.

Menschliche Stärken

Die Projektbeteiligten heben jedoch auch hervor, dass der Mensch über Stärken verfügt, die der Technik fehlen. So ist er etwa auf keinerlei Sensorik oder gar einen Bandstopp angewiesen, um ein Bauteil exakt zu positionieren. Der Mensch ist auch zeitlich flexibel und benötigt innerhalb eines Taktes kein exakt zugewiesenes Zeitfenster für eine (Teil-)Aufgabe. Weiche Teile – fachsprachlich als biegeschlaffe Teile bezeichnet – kann ein Mensch problemlos greifen und transportieren. Unterscheiden sich die Teile, ist auch das für menschliche Mitarbeitende kein Problem.

Die Partner verweisen zudem darauf, dass die Kombination aus Positionieren, Fixieren und Befestigen bei Automatisierungslösungen oft viel Zeit beansprucht. Als Beispiel führen sie einen nicht eingerasteten Clip an. Dies bedeute oft Nacharbeit für die innerhalb der begrenzten Taktzeit nur wenig Zeitpuffer bestehe.

Eine weitere Herausforderung sind voluminöse, sperrige und teilweise schwer stapelbare Bauteile mit erheblichem Platzbedarf, die Flächenoptionen für maschinelles Handling zusätzlich einschränken. Durch Überarbeitungen am Produkt (Modellpflegemaßnahmen) erhöht sich außerdem häufig die Variantenvielfalt und somit die Zahl der über den gesamten Produktlebenszyklus in einem Montagetakt zu berücksichtigenden Teile. Sonderbetriebsmittel für solche Teile müssten in großer Vielzahl gefertigt und eventuell nach relativ kurzer Zeit überarbeitet oder ersetzt werden.

Welches Bauteil für den Start?

Das Projektteam legte sich früh auf ein Bauteil beim Volkswagen ID.3 fest. Die Wahl fiel auf ein Abschirmungsbauteil, das die Aerodynamik des Fahrzeugs unterstützt. Das Team betont, dass auch solche Bauteile mitunter über die Modelllaufzeit weiterentwickelt werden. Somit sei es sinnvoll, die Herausforderung einer sequenziellen Varianz mit abzubilden.

In der experimentellen Untersuchung kommen als flexible Automatisierungslösung nun Handhabungs- und Schraubroboter zum Einsatz. Sauger nehmen das Bauteil an drei Punkten auf, um Verformungen an diesem 110cm langen, 88cm breiten und nur 2mm dünnen Polypropylen-Produkt mit entsprechend geringer Eigensteifigkeit zu minimieren. Ein Schraubroboter erkennt bei jeder Schraube, durch welche Bohrung im Bauteil sie geführt werden muss. Er führt die Schrauben und zieht diese fest. Dem Team zufolge könnte dieser automatisierte Teilprozess in einen Fertigungsabschnitt mit ansonsten manuellen Aufgaben eingebettet werden – als hybrid-autonome Lösung.

Erfahrungen beim Einbau dieses Bauteils sollen genutzt werden, um künftige Bauteilgenerationen und Fertigungsprozesse für die Automatisierung zu optimieren.

Die Projektpartner haben einige Empfehlungen für eine automatisierungsgerechte Anpassung von Bauteilen und Fertigungsprozessen zusammengestellt

  • Eine frühzeitige Berücksichtigung von Automatisierungsanforderungen in der Produktentwicklung erleichtert die fertigungsgerechte Auslegung von Bauteilen und Produktionsprozessen.
  • Maschinell montierbare Bauteile sollten sich an definierten Punkten gut greifen, verwindungsarm handhaben und einfach positionieren lassen. Sie sollten so konstruiert sein, dass sie beispielsweise ein problemloses Einrasten oder Positionieren und Ausrichten unterstützen. Sie sollten ein möglichst verformungsfreies Handling erlauben. Anpassungen dieser Bauteile während der Modellaufzeit sollten den einmal erreichten Automatisierungsgrad nicht beeinträchtigen. Geometrisch einfache Teile sind für Mensch und Maschine leichter montierbar.
  • Niedrige Toleranzen bei der Lage anderer Unterbodenkomponenten wie der Frontschürze erleichtern automatisierte Montageprozesse.
  • Die Kombination zweier sehr nachgiebiger Komponenten erschwert Schraubverbindungen
  • Je weniger Varianz in der Verbindungstechnik und je geringer die Teilevielfalt an Schrauben und Clips, desto weniger Sonderbetriebsmittel (Werkzeuge) sind erforderlich. Werkzeugwechsel sind in kurzen Taktzeiten nicht realisierbar.
  • Fläche bleibt ein knappes Gut in der Endmontage; Automatisierungslösungen belegen mehr Grundfläche als Mitarbeitende – wenn Menschen in direkt aneinandergrenzenden oder sich mit Robotern überschneidenden Arbeitsräumen tätig sind, erhöht sich der Flächenbedarf durch Absicherungsmaßnahmen zusätzlich.
  • Menschliche Sensitivität (Gefühl) beim Einpassen von Teilen ist häufig schwer ersetzbar. Die Beteiligten raten dazu bei der Montage von Bauteilen dort zu automatisieren, wo hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Ergonomie die größten Effekte erzielbar sind.

Am Projekt HautoMont sind die folgenden Partner beteiligt: die Volkswagen Sachsen GmbH, die Müller und Pfeiffer GmbH, die Stella Systemhaus GmbH und das Fraunhofer IWU.



  • Auftragseingang im Maschinenbau: Flaute hält an

    Auftragseingang im Maschinenbau: Flaute hält an

    Auch im Februar sind die Bestellungen im Maschinen- und Anlagenbau prozentual zweistellig gesunken: Die Auftragseingänge blieben abermals um real 10% unter dem Vorjahresniveau.

    mehr lesen: Auftragseingang im Maschinenbau: Flaute hält an

  • Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

    Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

    Ab April unterstützen Gerald Rosspeintner, Thomas Pötsch und Werner Lichtenegger als Prokuristen die Geschäftsleitung von Knapp Systemintegration in Loeben.

    mehr lesen: Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

  • Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Proalpha strukturiert das Führungsteam der ERP Business Unit neu und ernennt Christoph Kull zum President ERP+. Er berichtet an CEO Eric Verniaut.

    mehr lesen: Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

  • Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    95 Prozent der 102 von Horváth befragten Führungskräfte sprechen sich in der Studie für staatliche Unterstützung beim Ausbau von Studiengängen und ähnlichen Weiterbildungsformen mit KI-Schwerpunkten aus.

    mehr lesen: Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

  • VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    Mit der Gründung des Forums Manufacturing-X will der VDMA sämtliche Aktivitäten zu diesem Thema in Richtung seiner Mitgliedsunternehmen und Stakeholder bündeln und koordinieren. Die Arbeit des Forums fußt dabei auf…

    mehr lesen: VDMA gründet Forum Manufacturing-X

  • Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Im aktuellen Bitkom-Ifo-Digitalindex schätzen die Unternehmen ihre aktuelle Lage wieder besser ein. Auch die Erwartungen haben sich verbessert. Der Indexwert klettert im März somit um 1,6 Punkte.

    mehr lesen: Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

  • Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

    Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

    Mit Merlin Knott hat IFS einen neuen Präsidenten für sein Enterprise-Service-Management-Geschäft. Knott leitete zuvor die globale Partner- und Channel-Organisation des Unternehmens.

    mehr lesen: Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

  • Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

    Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

    Eine aktuelle Studie von Reichelt Elektronik betrachtet den aktuellen Stand der Digitalisierung und stellt die Frage, wie Deutschland im Vergleich zu anderen europäischen Ländern abschneidet.

    mehr lesen: Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

  • Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

    Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

    Seit 1949 widmet sich die Fraunhofer-Gesellschaft der anwendungsorientierten Forschung. Am 26. März feierte die heute 76 Institute umfassende Gesellschaft ihr 75-jähriges Bestehen.

    mehr lesen: Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

  • ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

    ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

    Die Studie ’ERP in der Praxis’ ist in ihre 12. Runde gestartet. Seit 2004 fordern die Analysten der Trovarit AG Anwender von ERP-Systemen dazu auf, ihrem eingesetzten System und dem…

    mehr lesen: ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

  • Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

    Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

    Smartphone und Tablet benötigen keinen Cyberschutz? Diese Annahme sollte gründlich überdacht werden.

    mehr lesen: Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

  • Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

    Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

    Immer mehr Maschinen- und Anlagenbauer nutzen die Forschungszulage und gehen dadurch zusätzliche FuE-Aktivitäten. an Eine Anhebung der Obergrenze könnte weiteres Potenzial freisetzen

    mehr lesen: Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau