07/04/2022
Door Ad Spijkers
We kennen allemaal de mooie beelden en filmpjes met robots die auto's in elkaar zetten. Maar niet alles is gerobotiseerd. Of nog niet.
Kabelbomen behoren tot de weinige onderdelen die nog met de hand worden vervaardigd of verwerkt, vooral bij de productie van auto's en consumentengoederen. Door de leveringsproblemen voor kabelbomen zou een door onderzoekers van de Hochschule Karlsruhe ontwikkeld proces aantrekkelijk kunnen worden. Met deze methode is een geautomatiseerde productie of montage van kabelbomen mogelijk doordat industriële robots flexibel en economisch kunnen worden ingezet voor de productie van kabelbomen.
Kabelboom
Vroeger bestond een kabelboom uit slechts een paar draden die moesten worden aangesloten, bijvoorbeeld van de accu naar de startmotor. Tegenwoordig hebben de complexe kabelbomen een massa tot 60 kg en een totale lengte van meerdere kilometers. Behalve voor auto's zijn kabelbomen ook nodig voor schakelkasten, huishoudelijke apparaten en consumentenelektronica.
Met name in deze apparaten, maar ook in auto's, wordt steeds meer elektronica in de kleinste ruimtes ondergebracht. Hierdoor worden de kabels, aansluitingen en stekkers steeds kleiner en wordt handmatige verwerking steeds moeilijker. De eisen op het gebied van elektrische auto's of toekomstige ontwikkelingen op het gebied van zelfrijdende systemen zullen dit vraagstuk van steeds meer elektronica op een zo klein mogelijke ruimte en met zo min mogelijk gewicht versterken.
Kleinere kabeldoorsneden en kleine schakelaars maken het steeds moeilijker om kabelbomen handmatig te produceren. Tot nu toe worden de afzonderlijke kabels op een kabelbord gelegd, gebogen en in elkaar gestoken. Automatisering is moeilijk omdat eerdere grijpsystemen niet in staat waren om kabels vast te pakken die niet precies waren geplaatst of om stekkers aan te sluiten.
Robotsysteem
De druk om de productie te automatiseren neemt om verschillende redenen toe. Enerzijds kunnen kabelbomen met robots individueel worden aangepast aan de respectieve vereisten. Anderzijds zijn de kabeldoorsneden, stekkers en aansluitingen zo klein geworden dat handmatige verwerking moeilijk en tijdrovend is. Ook kwaliteitscontrole is met kleine componenten nauwelijks mogelijk.
Een nieuw, aan de Hochschule Karlsruhe ontwikkeld proces voor de geautomatiseerde productie en montage van kabelbomen maakt het mogelijk om industriële robots flexibel en economisch in te zetten voor de fabricage van kabelbomen. In de starre toestand is de relatie tussen kracht en vervorming duidelijk gedefinieerd en lineair. Nadat de kabels hun starre toestand hebben bereikt (door bevriezing), worden ze door industriële robots gevormd en op leginrichtingen bevestigd.
Koeling
Deze leginrichtingen zijn voorzien van bestuurbare, beweegbare en op temperatuur gecontroleerde pinnen. Koeling kan plaatsvinden in een koelruimte of door koelbakken. Het is dus denkbaar dat zich in de grijper verwarmings- en koelelementen van de industriële robot bevinden. De kabels worden ter plaatse van het buigpunt lokaal verwarmd zodat de isolatie tijdens de vervorming niet onherstelbaar beschadigd raakt. De kabel wordt dan direct weer afgekoeld om de bocht te stabiliseren.
De robotarmen kunnen vervolgens het volgende stuk kabel uitlijnen met een vooraf gedefinieerde kracht. Interessant is dat bij de montage ook kabels zonder knikken door connectorwanden kunnen worden gestoken.
Use case
Door koeling maakt het proces automatisering op het gebied van kabelboomproductie mogelijk met een hoge mate van klantspecifieke variatie en flexibiliteit. De kabelboom kan kort van tevoren in de gewenste uitvoering worden geproduceerd en is dan op het juiste moment gereed voor montage. Hierdoor hoeft er geen lange levertijd meer te worden afgegeven.
Dit betekent dat de methode ook kan worden geïntegreerd in productieprocessen die moeten worden geoptimaliseerd met betrekking tot lean productie. De voordelen van het proces zijn een aanzienlijke vermindering van de productietijden, een betere planning en een kortere toeleverketen. De productie kan worden verplaatst naar geïndustrialiseerde landen dankzij kostenoptimalisatie door automatisering. Dit heeft ook een positief effect op de kwaliteitsborging. Als de kabelboom door middel van automatisering binnen de productierun kan worden vervaardigd, is ook seriegrootte één mogelijk, wat de flexibiliteit vergroot.
Foto: fotolia