Messtechnik

Mehr als 800 Sensoren in einer Montageanlage

| Autor / Redakteur: Alexander Völkert / Udo Schnell

Die Montageanlage der Wasserpumpe befindet sich im Aufbau bei der MP GmbH Montage- und Prüfsysteme.
Die Montageanlage der Wasserpumpe befindet sich im Aufbau bei der MP GmbH Montage- und Prüfsysteme. (Bild: Völkert)

In jedem Pkw steckt eine Wasserpumpe. Doch wer weiß schon, was für ein enormer Aufwand nötig ist, um 450.000 Wasserpumpen pro Jahr im 1-Schicht-Modell fertigen zu können. Gefragt sind eine hohe Kompetenz in Automatisierungstechnik, Prüftechnik und System Engineering. Zum Einsatz kommt dabei IO-Link-Technologie.

Der Aluminiumguss muss in der Qualität einwandfrei sein. Nirgends dürfen Risse sein. Es sind schon ganze Chargen bei Automobilzulieferern zurückgegangen, da der Guss porös war“, erläutert Joachim Marks, Produktionsleiter der MP GmbH Montage- und Prüfsysteme. „Daher haben die Zulieferer immer mindestens zwei Hersteller. Da darf einfach nichts schief gehen. Oberste Priorität ist die Lieferung von 100-Prozent-i.O.-Teilen. Und die Voraussetzung fängt hier bei uns an.“ In der Hand hält Marks 3300 g Aluminium mit dreizehn angebauten Teilen. Eine Wasserpumpe für einen süddeutschen Automobilbauer.

Zunächst unspektakulär, doch beim genaueren Betrachten ein monatelanges Vorbereiten und Konstruieren bis ins kleinste Detail. Damit diese hohen geforderten Qualitätsstandards eingehalten werden können, hat die MP GmbH Montage- und Prüfsysteme mehr als 800 Sensoren verbaut – in einer Montageanlage. Alles ist streng geheim. Schließlich darf der Wettbewerb weder das Prozedere zum Bau einer neuen Wasserpumpe kennen, noch Fotos dazu sehen.

Dennoch, so viel darf verraten werden: In Kirchdorf an der Krems in Oberösterreich fertigt die TCG Unitech GmbH Öl- und Kühlmittelpumpen, aber auch Wasserpumpen. Deren endgültiges Ziel: der Motorraum eines PKWs eines Herstellers aus Süddeutschland. Gefragt: ein absolut zuverlässiger Hersteller einer Montageanlage für diese Pumpen. Verlässlicher Partner von TCG: MP GmbH Montage- und Prüfsysteme, Standort: 10 km östlich von Berlin im brandenburgischen Fredersdorf.

Wir stehen an Station 7 der Montageanlage, die mindestens fünf Jahre lang Wasserpumpen fertigen soll. „Hier wird jede Pumpe mit einem Laser beschriftet und erhält eine Seriennummer. Sie dient der eindeutigen Identifizierung, sodass noch Jahre später festgestellt werden kann, an welchem Tag und in welcher Schicht eine Wasserpumpe die Montageanlage verlassen hat“, erläutert der Produktmanager Tobias Kuck. Wenn die Wasserpumpe die vorherige Station 6 passiert hat, ist sie komplett und alle dreizehn Teile sind miteinander verbaut.

Dann wird sie einer abschließenden Prüfung unterzogen, bevor sie endgültig für „in Ordnung“ befunden werden kann. Um dabei die Taktzeit von 19 s einhalten zu können, ist diese Station in 6.1 und 6.2 unterteilt. Somit können zwei Wasserpumpen zugleich auf Herz und Nieren geprüft werden. Ist eine Pumpe fehlerhaft verarbeitet, wird sie sofort aussortiert. Alle anderen passieren Station 7, bekommen eine Seriennummer und gelangen zur Station 8.1. – dem Entnahmeportal.

Nervenzentrum der Montageanlage ist der Prozessleitrechner

Doch wo die Stationen 6 und 7 existieren, muss der Prozess – in dem Fall die Montage der Anlage – bei Station 1 beginnen. 16,70 m lang und 5,10 m breit – von außen betrachtet eine Montageanlage. Ein Förderband bewegt Bauteile von einer automatischen Fertigungskabine zur nächsten. Innen: eine regelrechte Denk- und Aktionsfabrik. Ihr Nervensystem: ein Prozessleitrechner, der die Daten auswertet, die er von der SPS empfängt. Die Helfer an der Basis dabei: eine Armee von über 800 Sensoren – induktiv, optisch, kapazitiv oder als Identsystem treten sie auf.

Wie funktioniert die Sache im Detail und vor allem: was sind die Herausforderungen? Um eine solche komplexe Anlage zu realisieren, müssen nicht nur monatelange Vorbereitungen getroffen werden. Gefragt sind drei Dinge auf einmal: eine hohe Kompetenz in Automatisierungstechnik, Prüftechnik und System Engineering. Und all dies fand der Automobilzulieferer, die TCG Unitech GmbH aus Oberösterreich, in Brandenburg.

Die MP GmbH Montage- und Prüfsysteme realisiert seit mehr als 25 Jahren derartige Spezialanlagen und hat sich auf dem hart umkämpften Markt der Automatisierungstechnik einen Namen gemacht. Die Brandenburger wissen genau, was gefordert ist und wie ein solches Projekt erfolgreich zum Abschluss gebracht wird. Dafür projektierten, konstruierten und montierten die Ingenieure die gesamte Montageanlage für Wasserpumpen in Fredersdorf und prüften sie auf Herz und Nieren, bevor sie zum Versand nach Kirchdorf an der Krems verladen werden konnte. Die Innereien der Anlage sind dabei das A und O, die passende Technik ist gefragt.

„Nachdem im August 2015 klar war, dass wir eine Montageanlage für Wasserpumpen für TCG Unitech bauen sollten, haben wir ein grobes Steuerungskonzept erarbeitet, um unseren Bedarf an Bauteilen zu klären“, sagt Christian Wolf, der Geschäftsführer aus Fredersdorf. Entscheidungskriterien seien Preis, Lieferfähigkeit und vor allem die richtige Technik. Die Prozessleitebene der Anlage, die SPS und die Datenerfassung müssen reibungslos zusammenarbeiten. „Wir möchten nicht einfach nur eine Verkabelung auf analoger Basis und auch nicht einfach nur Daten erfassen. Unser Anspruch an die Anlage ist, dass die Daten permanent geprüft und ausgewertet werden können und wir entsprechend steuern können“, so Wolf.

Daher haben sich die Brandenburger für die IO-Link-Technologie des schwäbischen Sensorik-Spezialisten Balluff entschieden. Diese Technik hat stets eine digitale Signalwandlung. Der Vorteil: Beim Konstruieren und auch beim Nachrüsten muss keine Rücksicht auf die Schaltschrankgröße genommen werden. IO-Link-Installationen können bei Bedarf ohne Aufwand erweitert werden, wenn eine zusätzliche Sensorik integriert werden soll.

Jeder Werkstückträger hat zwei Chips zur Identifizierung

„An fast jeder unserer acht Stationen werden dem Werkstückträger Teile zugeführt, Quantität und Qualität immer wieder geprüft. Kein Träger gelangt zur nächsten Station, ohne dass er für ‚in Ordnung‘ befunden wird“, erläutert Marks. Hinter diesem gesamten Identifizierungs- und Prüfsystem steckt jahrelange Erfahrung in der Entwicklung von Sensortechnik. Mehr als 800 Sensoren von Balluff sorgen auf 85 m2 automatisierter Technik für ein reibungsloses Entstehen von Wasserpumpen.

Im Detail sieht das folgendermaßen aus: Jeder Werkstückträger (WT) hat zwei Chips zur Identifizierung. Diese werden durch ein Schreib-Lese-Gerät an jeder Station ausgelesen und somit wird geprüft, ob der WT weiter bearbeitetwerden kann. Auch Lichtschranken – optische Sensoren – werden verwendet. So zum Beispiel, wenn Bauteile auf ihre Anwesenheit überprüft werden. Das passiert dann, wenn kein Platz für einen induktiven Sensor ist.

Und auch Kamerasensoren werden in der Montageanlage verwendet. Sie prüfen die Anwesenheit und Lage der entsprechenden Teile auf dem WT. Dabei wird das Soll- mit dem Ist-Bild verglichen. Stimmen beide überein, wird an die SPS „weiter“ gemeldet. Stimmen sie nicht überein, wird der WT zunächst aussortiert, sodass die Taktzeit nicht beeinflusst wird.

Vier Wochen nach Lieferung der letzten Teile begann der Anlagentest

Nachdem im September 2015 klar war, dass Fredersdorf mit Neuhausen zusammenarbeiten würde, wurden die Konzepte der einzelnen Maschinen der Montageanlage von der Projektleitung konkretisiert. „Da ist der Kunde immer mit im Bilde und äußert seine Anpassungswünsche“, erläutert Wolf. Die Konstrukteure unterhalten sich mit dem Vertrieb. Anschließend werden Konzepte erarbeitet, die einzelnen Maschinen werden konstruiert. Immer wieder gibt es Anpassungsschleifen. Ist alles fertig, werden die technischen Zeichnungen erstellt, die mechanischen und elektrischen Komponenten eingekauft und Schaltpläne erstellt. Sind alle Teile im Haus, erfolgt die Montage – erst die mechanische, dann die Schaltschrankmontage und die Installation, bis schließlich die Steuerung programmiert und die Anlage Stück für Stück in Betrieb genommen werden kann.

Im April 2016 bestellten die Brandenburger alle Teile für die Anlage. Von Mitte Mai bis Ende Juni wurde in Fredersdorf angeliefert. Montiert war die Anlage dann wiederum ziemlich schnell. Schon in der 29. Kalenderwoche – vier Wochen nach der Lieferung der letzten Teile stand die Anlage so weit, dass die Österreicher bereits den ersten Teil der Anlage testen konnten. Es erfolgte eine Produktionsvorserien-Lieferung (PVL).

Am 12. September war schließlich in Fredersdorf der große Tag: die Abnahme der Montageanlage durch die TCG Unitech GmbH. Am 20. September waren alle Lkws nach Österreich unterwegs. „Alles lief glatt. Es gab keine größeren Probleme“, berichten Tobias Kuck, Joachim Marks und Christian Wolf übereinstimmend. Ende September und Anfang Oktober wurde dann die Montageanlage wieder aufgebaut – diesmal etwa 700 km südlich von Berlin – in Kirchdorf an der Krems in Österreich. Geplante Jahresproduktion der Anlage: 450.000 Wasserpumpen – in einer 1-Schicht-Produktion. Sollten die Österreicher allerdings im 3-Schicht-System fertigen, könnten somit 1.350.000 Wasserpumpen hergestellt werden – in einem einzigen Jahr! MM

* Alexander Völkert ist freier Journalist in Berlin; weitere Informationen: Balluff GmbH, 73765 Neuhausen a. d. F., balluff@balluff.com

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