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.



  • Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Der VDMA hat mit Karl Haeusgen einen neuen Präsidenten. Im Rahmen der Mitgliederversammlung wurde der Vorstandsvorsitzende von Hawe Hydraulik als Nachfolger von Carl Martin Welcker bestimmt. Auch der Verband VDMA…

    mehr lesen: Neuer VDMA-Präsident gewählt

  • Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Maindays 2020 Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel Unter dem Motto ‘Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel‘ findet die 21. Jahrestagung MainDays vom 24. bis zum 25. November in Potsdam…

    mehr lesen: Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

  • Kurzarbeit geht weiter zurück

    Kurzarbeit geht weiter zurück

    Im September ist die Zahl der Beschäftigten, die in Kurzarbeit sind, weiter zurückgegangen. Das Ifo-Institut schätzt die Zahl der Kurzarbeiter aktuell auf 3,7 Millionen Menschen.

    mehr lesen: Kurzarbeit geht weiter zurück

  • Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

    Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

    Das Fraunhofer IPT und die Firma German Edge Cloud arbeiten gerade an der Fraunhofer Edge Cloud, die bald 20 Fraunhofer-Institute vernetzen soll. Die offene Foschungsplattform und Testumgebung hilft später im…

    mehr lesen: Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

  • CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

    CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

    Bosch erweitert das noch junge Automatisierungssystem CtrlX um Komponenten und Services. Vor allem aber lädt die Unternehmensgruppe Third-Party-Anbieter dazu ein, sich mit eigenen Anwendungen auf der Plattform zu engagieren.

    mehr lesen: CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

  • Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

    Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

    Mit ihrer Plattform Indigo will sich das Münchener Startup Emocean auf dem Markt für Analytics-Projekte positionieren. Das Besondere: Die Lösung soll Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren und so etwa den unmittelbaren…

    mehr lesen: Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

  • Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

    Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

    Im Vergleich zum Vorjahreszeitraum haben die Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus ein reales Orderminus von 14 Prozent verzeichnet. Das ist seit Beginn der Corona-Krise der geringste Rückgang auf Monatsbasis.

    mehr lesen: Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

  • Oliver Gürtler leitet Mittelstandsgeschäft bei Microsoft Deutschland

    Oliver Gürtler leitet Mittelstandsgeschäft bei Microsoft Deutschland

    Oliver Gürtler übernimmt ab November die Leitung des Mittelstandsgeschäfts bei Microsoft Deutschland und wird damit zugleich zum Mitglied der Geschäftsleitung berufen.

    mehr lesen: Oliver Gürtler leitet Mittelstandsgeschäft bei Microsoft Deutschland

  • Trotz Umsatzrückgang wird digitalisiert

    Trotz Umsatzrückgang wird digitalisiert

    Die meisten Firmen weltweit verzeichnen aufgrund der Corona-Pandemie Umsatzrückgänge. Doch neun von zehn Firmen investieren weiter in ihre Digitalisierung. Zu diesem Ergebnis kommen Autoren von Tata Consultancy Services (TCS) nach…

    mehr lesen: Trotz Umsatzrückgang wird digitalisiert

  • Hyland erwirbt Alfresco (Updated)

    Hyland erwirbt Alfresco (Updated)

    Hyland will den Anbieter von Enterprise Content Management-Lösungen Alfresco kaufen. Die Verträge wurden bereits unterzeichnet, im vierten Quartal soll den Kauf abgeschlossen sein.

    mehr lesen: Hyland erwirbt Alfresco (Updated)

  • Was künstliche Intelligenz für die Arbeitswelt bedeutet

    Was künstliche Intelligenz für die Arbeitswelt bedeutet

    Mit den Auswirkungen sowie den Möglichkeiten, die künstliche Intelligenz für die mittelständische Arbeitswelt bietet, beschäftigt sich das Kompetenzzentrum ‚KI für die Arbeitswelt des industriellen Mittelstands‘.

    mehr lesen: Was künstliche Intelligenz für die Arbeitswelt bedeutet

  • Kompetenzzentrum für KI-Engineering gegründet

    Kompetenzzentrum für KI-Engineering gegründet

    Die Bedeutung von künstlicher Intelligenz im Ingenieurswesen wächst. Allerdings fehlen Verfahren, um das Verhalten der Systeme planbar und Entscheidungen nachvollziehbar zu machen. Abhilfe schaffen soll das Kompetenzzentrum für KI-Engineering (CC-KING)…

    mehr lesen: Kompetenzzentrum für KI-Engineering gegründet