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Präzisionsmontage und Prozessüberwachung für Verbrennungsmotoren

Im Karosseriebau ist die Montage weitestgehend automatisiert. Der Motor hingegen wird über weite Strecken noch von Hand montiert. Nun haben Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Zusammenarbeit mit Audi das Projekt "Zukunftsweisende Methoden und Verfahren zur Präzisionsmontage und Prozessüberwachung für neuartige Verbrennungsmotoren" initiiert. Das Ziel der Ingenieure aus der IWU-Projektgruppe "Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen" um Professor Dr.-Ing. Gunther Reinhart für das Projekt mit dem Ingolstädter Automobilhersteller ist folgendermaßen definiert: Die Qualität der Motormontage soll kontinuierlich optimiert und damit die Kundenzufriedenheit weiter erhöht werden. Der Einsatz modernster Technologien aus den Bereichen Robotik und Sensorik soll dabei helfen, die Unsicherheitsfaktoren in der Motormontage zu beseitigen. Bisherige Methoden zur Automatisierung der Motormontage hätten sich bislang meist als untauglich oder zu teuer erwiesen, weiß die Fraunhofer-Gesellschaft.

"Eine durchgängige Prozessüberwachung ist nicht möglich, da der Motor nach wie vor in erster Linie von Hand montiert wird. Dabei werden die Motoren immer komplexer. So kann ein erhöhter Nachbearbeitungsaufwand entstehen", erklärt Dip.-Ing. Christoph Sieben vom IWU. Das automatisierte Montage-Technologie-System der IWU-Wissenschaftler würde den Fehler bereits während der Motormontage feststellen und eine entsprechende Meldung weiterleiten oder aber den Defekt für bestimmte Montageprozesse gar nicht erst zulassen.

Zunächst haben die Forscher den Ist-Zustand ermittelt, erklärt die Fraunhofer-Gesellschaft: Dazu werteten sie die bestehenden Daten über dokumentierte montagebedingte Motorauffälligkeiten für R- und V-Motoren der vergangenen fünf Jahre aus. Der Fokus der Analyse lag auf den verwendeten Teilen sowie auf den Prozessen. "Wir haben die Abfolge der Motormontage generalisiert und in acht Blöcke unterteilt. Die einzelnen Montagefunktionen wurden ebenfalls standardisiert erfasst", erläutert Sieben die Vorgehensweise. Fehler beim Zusammenbau würden sich somit immer einheitlich definierten Montageabfolgen und -funktionen zuordnen lassen. Durch diese Generalisierung der Motormontage lasse sich die Analyse auf alle Motorarten anwenden. "Wir wissen jetzt, bei welchen Montageabfolgen Handlungsbedarf besteht", betont Sieben.

In einem nächsten Schritt will die Projektgruppe neue Automatisierungslösungen entwickeln. Kernstück des Versuchsstands ist laut Fraunhofer-Gesellschaft ein neuartiger Leichtbauroboter: Er wiegt 16 Kilogramm, kann aber bis zu sieben Kilogramm heben. Die Besonderheit des "Kuka-Roboter" sei, dass er sensibel und flexibel sei. Dies sei anders als bei herkömmlichen Industrierobotern, die ihre Aufgaben lediglich in einem begrenzten Rahmen ausführen könnten. Die Forscher suchen nun neue Wege in der Kombination neuartiger Sensorik und Robotik. "Wir überlegen zum Beispiel wie sich ein Transfer von medizintechnischer Sensorik in die industrielle Verarbeitung gestalten lässt", verrät Sieben.

Durch die Einbindung von variantenreichen Sensorsystemen lasse sich eine leistungsfähige Steuerungs- und Regelungstechnik entwickeln. Idealerweise soll der Roboter dann nicht nur ein Problem, erkennen, sondern es auch lösen. Ein aktuelles Beispiel sind, so die Fraunhofer-Gesellschaft, Kamerasysteme, welche die Orientierung eines Bauteils registrieren. Entspricht es nicht der Norm, ist der Roboter in der Lage, zu entscheiden, ob das Bauteil trotzdem montiert oder ausgetauscht werden muss. "Das auf dieser Basis weiterzuentwickelnde Prozessüberwachungs-System besitzt also die Fähigkeit, während des gesamten Montageprozesses automatisiert auf die Prüfkriterien und die geforderten Toleranzen zu schließen und zu reagieren", erläutert Sieben. Im Jahr 2014 endet das Projekt. Dann soll der Prototyp für den industriellen Serieneinsatz gerüstet sein.
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