Richtung vollautomatische Verdrahtung im Schaltschrank ist eingeschlagen

Eine ganze Reihe von Megatrends wirken aktuell als Turbo für die Automatisierung: Einerseits schafft die digitale Transformation die notwendigen technischen und digitalen Grundlagen, andererseits zwingen die demografische Entwicklung und der daraus resultierende Fachkräftemangel die Unternehmen dazu, die vorhandenen Facharbeiterinnen und Facharbeiter bestmöglich ihrem Können entsprechend einzusetzen. Einfachere, sich wiederholende Arbeiten werden mehr und mehr von Automatisierungslösungen übernommen, während das Fachpersonal entwickelt, testet und prüft.

Ohne Daten läuft nichts

Auch im Steuerungs- und Schaltanlagenbau gibt es bereits Prozesse, die automatisiert oder digital unterstützt sind – z.B. die Bearbeitung von Montageplatten oder die Kabelkonfektionierung auf Basis der digitalen Daten aus Eplan. In anderen Bereichen beginnt man erst damit, die digitale Unterstützung in manuelle Arbeitsabläufe einzubauen. Ein Beispiel dafür ist die Lösung Eplan Smart Wiring, die Werker Schritt für Schritt durch die manuelle Verdrahtung des Schaltschranks führt. Passend dazu schießt das Rittal Wire Handling System (WHS) die durch das Wire Terminal auf Anforderung konfektionierten Drähte passend per Rohrleitungssystem und Luftdruck direkt an die Arbeitsplätze. So lässt sich auch ohne entsprechende Facharbeiterkenntnisse die Verdrahtung eines Schaltschranks effizient und fehlervermeidend bewältigen. All diese unterstützenden Lösungen wären ohne die entsprechenden digitalen Daten kaum effizient nutzbar. Erst wenn Farbe, Querschnitt, Aderenden, Länge und der Verlegeweg eines Drahts im digitalen Zwilling des Schaltschranks definiert sind, kann eine automatisierte Drahtkonfektionierung sinnvoll eingesetzt werden.

Draht mit ‚Eigenleben‘

Einen Schritt weiter geht der Verdrahtungsroboter. Er erledigt die automatische Verdrahtung von Klemmleisten und Komponenten auf Tragschienen ein- und zweiseitig inklusiv Drahtabzugkontrolle. Jochen Trautmann, Geschäftsführer Rittal Automation Systems, erläutert: „Automatisierung im Steuerungsbau ist aus meiner Sicht alternativlos. Die Anforderungen an Steuerungssysteme steigen, während das verfügbare Fachpersonal immer seltener zu finden ist. Sogar angelernte Kräfte werden von vielen Unternehmen vergebens gesucht.“ Trautmann schildert die technischen Herausforderungen, die sich bei der Entwicklung eines solchen Roboters ergeben: „Zunächst einmal ist ein Draht sehr schwierig mit einem Robotergreifer exakt zu positionieren. Jeder Draht ist biegeschlaff, so dass das abisolierte Ende nie gerade nach vorn steht. Zudem verändert sich die Position der Spitze, wenn sich der Draht hinter der Klemmung im Greifer bewegt. Und nicht zuletzt ist es mechanisch anspruchsvoll, nach dem Auflegen der ersten Drahtspitze den Draht am anderen Ende zu greifen und die Spitze zu drehen.“

Abzugskontrolle inbegriffen

Bekommt man das Eigenleben des Drahts in den Griff, sind die Vorteile einer solchen Roboteranlage beachtlich: Der Roboter führt sofort nach jedem Kontakt eine Abzugskontrolle durch, das bedeutet, dass er am neu gesteckten Draht mit einer definierten Kraft zieht und die Gegenkraft misst. Gibt der Draht nach, rutscht er aus der Klemme oder war er gar nicht im Kontakt gesteckt, wird dies erkannt und kann behoben werden. So ist man sicher, dass nicht nur jeder Draht an seinem Platz ist, sondern dass er auch richtig kontaktiert ist. Das erspart das Nachkontrollieren im Prüffeld.

Richtige Daten sind der Schlüssel

Noch herausfordernder ist die Datenqualität, schließlich muss nicht nur die Position jedes Kontaktpunkts in drei Dimensionen dem Roboter übermittelt werden, sondern auch die Orientierung und Tiefe der Kontaktklemme, in die der Draht gesteckt werden soll, oder die Lage des Beschriftungsfelds. Viele Hersteller liefern zwar 3D-Modelle ihrer Komponenten, diese sind für die Roboteranwendung jedoch nicht detailliert genug. „Wir brauchen für jede Klemme qualitativ hochwertige Daten“, verdeutlicht Trautmann. „Die Position der Komponente auf der Hutschiene können wir mit einer Kamera bestimmen, und dann die Koordinaten der Kontaktpunkte entsprechend anpassen. Doch die Geometrie und Koordinaten der Kontaktpunkte müssen in den vom Komponentenhersteller bereitgestellten Modellen enthalten sein.“ Ziel ist es, automatisch und direkt aus dem 3D-Plan von Eplan die Bahnsteuerungsprogramme der Roboter zu generieren.

Erkenntnisse mit Kunden teilen

Der Geschäftsführer erläutert den Stand der Entwicklung: „Bis zu einer Serienreife des Roboters gibt es noch einiges zu tun – wir sind in engem Austausch mit unseren Kunden, müssen mehr über das Drahthandling lernen, die Anlage immer weiter verbessern und gemeinsam mit den Komponenten-Herstellern an der Datenqualität arbeiten. Unser wichtigstes Ziel ist es, die Prozesssicherheit so weit zu erhöhen, dass praktisch keine Fehler mehr vorkommen.“

Steuerungs- und Schaltanlagenbau

Kein Unternehmen im Steuerungs- und Schaltanlagenbau gleicht dem anderen. Doch alle haben eines gemeinsam: Der Bedarf an Automatisierung ist immens – und er steigt weiter. Doch wie beginnen? Wo einsteigen? Welche Lösung zuerst einsetzen? Jochen Trautmann, Geschäftsführer von Rittal Automation Systems gibt Antworten, wie einzelne Schritte aussehen können.

Vielfach heißt es: Automatisierung kann ich mir nicht leisten. Was meinen Sie dazu?

Jochen Trautmann: Meiner Meinung nach ist es keine Frage, ob man es sich leisten kann. Die Frage lautet eher: Kann man es sich leisten, es nicht zu tun? Nur mithilfe einer durchgängigen Automatisierung kann ich im Steuerungs- und Schaltanlagenbau die Bearbeitungszeit um bis zu 85% reduzieren, bei einer gleichzeitigen Steigerung der Qualität.

Doch kleine und mittlere Unternehmen schreckt der Aufwand …

Es muss nicht gleich eine vollumfängliche Automatisierung sein. Einfach ist es, mit der Software anzufangen. Das rechnet sich immer. Mit Tools von Eplan, etwa Pro Panel, kann die Fertigung von Schaltanlagen auf Basis eines digitalen Zwillings sauber und komfortabel geplant werden.

Wie könnte so ein Einstieg noch aussehen?

Mit digitalen Assistenzsystemen kann der Montage- oder der Verdrahtungsprozess sowohl beschleunigt als auch sicherer gestaltet werden. Eplan Smart Wiring oder Smart Mounting sind solche Assistenten. Auf einem Tablet etwa erhält der Schaltanlagenbauer Schritt-für-Schritt-Anleitungen. Er kann in 3D sehen, wo und wie Verlegewege, Schienen, Kabelkanäle oder Bauteile platziert werden müssen.

Wie sinnvoll ist es, einzelne Prozessschritte zu automatisieren?

Halbautomatische Lösungen wie das Zuschnittcenter Secarex etwa sind gerade für kleinere Betriebe geeignete Einstiegsmöglichkeiten. Außerdem ist jeder Automat zum Schneiden, Crimpen oder Abisolieren mit offenen Schnittstellen versehen und lässt sich später einmal in eine durchgängige Automatisierungslinie integrieren.

Wie unterstützen Sie Kunden, die eine Investition erwägen?

Als Entscheidungshilfe bieten wir ROI-Berechnungen an. Sie zeigen, ab wann sich die Anschaffung eines Fräscenters oder eines Drahtkonfektionier-Vollautomaten lohnt. Ein Perforex Milling Terminal rechnet sich bereits ab 100 Schaltschränken im Jahr, ein Drahtkonfektionier-Vollautomat ab 300 Schaltschränken. In der Wertschöpfung bildet das Verdrahten nahezu 50% des Aufwands ab. Es lohnt sich, hier als Erstes zu automatisieren. Die möglichen Einsparungen sind enorm, nicht nur für die Große der Branche.

Ein unternehmerisches Risiko bleibt immer …?

Nicht unbedingt. Für Kunden, die kein Risiko eingehen wollen, hat Rittal zum Beispiel in Belgien begonnen, die Nutzung von Drahtkonfektionier-Vollautomaten als Dienstleistung anzubieten. Außerdem können konkrete Projekte in den Rittal Application Center (RAC) auf unseren Maschinen getestet und validiert werden. Das baut die Hemmschwelle vor größeren Investitionen ab. Wir begleiten unsere Kunden von der Anlaufphase bis zur vollständigen eigenen Produktion mit der Maschine.