Kabelbäume aus der Ukraine sind billig, zurzeit aber Mangelware. Roboter sollen nun die letzte Bastion vorwiegender Handarbeit in der Autoindustrie schleifen.
Prof. Dr.-Ing. Bernd Langer (rechts) und Prof. Dr.-Ing. Martin Kipfmüller von der Hochschule Karlsruhe. Durch Abkühlen der Kabel wird ein biegesteifer Zustand erreicht, damit Industrieroboter zur Herstellung von Kabelbäumen eingesetzt werden können.
Der kriegsbedingte Lieferengpass bei Kabelbäumen zeigt drastisch, wie abhängig die Industrie – vor allem die Autohersteller – in diesem Bereich noch von Handarbeit sind. Unter anderem Volkswagen, Porsche, BMW und MAN haben ausdrücklich wegen fehlender Kabelbäume ihre Produktion ganz oder teilweise stillgelegt. Forscher der Hochschule Karlsruhe weisen aus aktuellem Anlass darauf hin, dass sie bereits 2019 ein Verfahren zur automatisierten Herstellung dieser Kabelstränge entwickelt und patentiert haben.
Ein Auto-Kabelbaum war vor der Einführung der Elektronik eine sehr einfache Sache. Der Stamm war gewissermaßen das massive Kabel zwischen Anlasser und Batterie, dazu eine dicke Leitung zur Lichtmaschine. Als Äste konnte man die Kabel zwischen der Motorelektrik aus Unterbrecher, Verteiler, Spule und Kerzen, den Schaltern im Armaturenbrett und den Leitungen für Beleuchtung bezeichnen. Dann noch ein paar Zweige für maximal eine Handvoll anderer elektrischer Funktionen – fertig.
Moderne Autos mit ihrer Vielzahl an Funktionen und einigen über die Karosserie verteilten Steuergeräten brauchen kilometerlange Leitungsstränge mit hunderten Kabeln. Diese erreichen mit bis zu 60 kg das zwanzigfache Gewicht ihrer Vorfahren in den Einfachautos vor 40 Jahren. Und das trotz der Miniaturisierung der Querschnitte vieler Bestandteile sowie Mehrfachnutzung von Einzelsträngen dank BUS-Systemen. Elektroautos und autonome Funktionen fordern immer mehr Elektronik auf möglichst kleinem Raum, was den Trend zur Miniaturisierung aufrechterhält.
Bis heute werden die einzelnen Kabel in Handarbeit auf einem sogenannten Nagelbrett gelegt, gebogen, gefädelt, fixiert und gesteckt. Auch wenn heute keine Nägel an den Biegestellen der Kabel in ein Brett geschlagen werden, hat sich am Prinzip nichts geändert. Am Ende werden die einzelnen Stränge mit Schellen, Bindern, Garn, Schläuchen und Bandagen zusammengefasst und der fertig konfektionierte Baum dann vom Brett genommen.
Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Bernd Langer und Prof. Dr.-Ing. Martin Kipfmüller entstand an der Hochschule Karlsruhe ein Verfahren zur automatisierten Herstellung und Montage von Kabelbäumen. Damit sollen erstmals Industrieroboter flexibel und wirtschaftlich Kabelbäume herstellen können.
Das Handling der durch ihre Isolation normalerweise biegeelastischen Kabel wird den Maschinen dabei durch kontrollierte Temperaturzonen ermöglicht. Zunächst werden die Kabel durch Kälte versteift. Nur an der Biegestelle werden sie erwärmt, nach dem Biegen sofort wieder abgekühlt. Dieses abwechselnde Stabilisieren und Flexibilisieren ermöglicht dem Industrieroboter dann die Verlegung auf dem Brett.
Die Stifte für die jeweilige Verlege-Anordnung sind steuerbar und heizbar. An den vorgesehenen Stellen können die Kabel damit lokal begrenzt gebogen werden. Abschnitte, die danach wieder steif werden müssen, können durch Kühlelemente auf dem Brett temperiert werden. Weitere Versteifungs- oder Flexibilisierungsungsvorgänge sollen Heiz- und Kühlelemente im Greifer des Roboters ermöglichen.
Als Vorteile des Verfahrens nennt die Hochschule "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". Auch soll damit die Durchlaufzeit sinken, weil Kabelbäume nicht mehr so lange im Voraus bestellt werden müssen. Sollten Roboter wirklich einen Großteil der traditionellen Handarbeit übernehmen können, darf man davon ausgehen, dass auch die Vermeidung von menschlicher Arbeit die Kosten der Hersteller weiter drücken dürfte.
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