Montage und Test sind oft getrennte Bereiche, wodurch es in der Fertigung zu unnötigen Transportwegen kommt. Zudem fehlt den Mitarbeitern die unmittelbare Rückmeldung nach der Fertigstellung eines Produkts. Montageplätze mit integrierten Testeinrichtungen können hier Abhilfe schaffen. Das zeigt eine moderne Arbeitsplatzlösung zur Montage und Prüfung von Steuergeräten für LKW-Klimaanlagen.

In produzierenden Unternehmen sind Montage und Test häufig zwei voneinander getrennte Bereiche. Dass es auch anders geht, zeigt ein ganzheitlich konzipierter Montageplatz, der mit einer Testeinrichtung verknüpft ist: Hier werden Panels und Steuergeräte für LKW-Klimaanlagen montiert und getestet. Der Montageplatz ist für eine Person ausgelegt und kann leicht in Fertigungsstraßen integriert werden. Die Arbeitsplatzlösung stammt vom Mess- und Prüftechnikspezialisten MCD Elektronik aus Birkenfeld bei Pforzheim. Das Unternehmen liefert Prüfanlagen vornehmlich für die Automotive-Industrie. Der kombinierte Montage- und Testplatz ist durch das ganzheitliche Konzept nicht nur Mitarbeiter-freundlich sondern auch Industrie-4.0-fähig.

Gutes Klima

Fahrzeug-Klimaanlagen bestehen in der Regel aus einem Steuergerät und einem Bedienpanel. Der Fahrer stellt mithilfe von Tasten und Drehknöpfen seine Wohlfühl-Parameter im Führerhaus ein. Ein LCD-Display zeigt die eingestellten Werte an. Das Steuergerät kommuniziert mit dem Panel über ein LIN-Interface. Ein weiteres LIN-Interface, zwei CAN-Bus-Interfaces, sowie einige Analogeingänge sorgen für die Verknüpfung mit den Sensoren und Aktoren.

Für die Montage des Bedienpanels und des Steuergeräts ist je eine Station vorgesehen. Alle benötigten Bauteile werden über Rollenbahnen zugeführt. An einer Station verpresst der Mitarbeiter die Stiftleisten und Displays des Bedienpanels mit einer manuellen Handpresse. Am zweiten Montageplatz werden die Steuergeräte zusammengebaut. Gehäuse, bestückte Platine und Gehäusedeckel werden mit einem Druckluftschrauber festgedreht. Ein Zuführgerät transportiert die benötigten Schrauben direkt an den Schrauber-Kopf.

Aufbau der Prüfzelle

Nach einer weiteren Körperdrehung steht der Werker vor der Prüfzelle. Die Prüfzelle ist mit den Werkstückaufnahmen sowohl für die Panels als auch für die Steuergeräte ausgestattet. An den Panels werden umfangreiche Tests durchgeführt: Nach dem Einlegen in die Baugruppen-Schublade werden sie über ihre drei Anschluss-Pins mit elektrischer Energie versorgt und an den LIN-Bus angeschlossen.

Zunächst wird das EEPROM des Panels mit den kundenspezifischen Daten beschrieben und zur Kontrolle zurückgelesen. Auf dem Bildschirm erscheinen die Anweisungen für den Werker, der nun nacheinander die Tasten und das Drehrad betätigt. Die Prüfplatzsteuerung analysiert die Signale über den LIN-Bus.

Anschließend wird der Mitarbeiter die Baugruppen-Schublade schließen. Es erfolgen automatische Tests. Bei der Haptik-Prüfung stehen die Werte für Kraft, Hub, Weg und Snap Ratio auf dem Programm. Dazu fährt ein XY-Achsentisch die einzelnen Schalter an. Die Schalterbetätigung übernimmt ein Präzisionsantrieb mit Motion Controller. Ein mechanischer Tast-Kopf simuliert dabei einen menschlichen Finger.

Er wird mit einer wählbaren Geschwindigkeit verfahren und der Kraftverlauf gemeinsam mit der aktuellen Position aufgezeichnet. Die Abarbeitung erfolgt direkt im Motion Controller. Ist die maximale Kraft oder eine bestimmte Position erreicht, stoppt der Antrieb und mit ihm die Messung. Anschließend erfolgt der Start der Messung für den Rückweg.

Das Innere der Prüfzelle ist abgedunkelt, denn in einem zweiten Testschritt werden mit einer Kamera die Beleuchtung der Schalter und das Display optisch überprüft. Mittels Auflicht werden zunächst von der Kamera alle vorhandenen Symbole auf Vollständigkeit, Lage und Winkel überprüft. Das automatische Testsystem prüft dann die Symbole auf Intensität, RGB-Farbe, Homogenität und Ausleuchtungsfehler. Die LCD-Anzeige wird dabei auf Kurzschluss, Vollständigkeit und Intensität geprüft.

Igor Gerdt leitete die Entwicklung des Montage- und Prüfplatzes. Er berichtet: „Wir erkennen Fehler und Kratzer auf den Symbolen, Ausleuchtungsfehler und falsch verbaute LEDs. Wir entdecken auch fehlende Lichtleiter bei den LEDs sowie fehlende Segmente bei den LCD-Pattern.“ Der Werker wird über das Ergebnis der Tests informiert. NIO-Teile kommen auf eine neben der Prüfzelle befindliche Plattformwaage zur sicheren Ablage.

Testkreislauf der Steuergeräte

Bei den Tests an den Steuergeräten wird die Baugruppe stimuliert und die Signale überprüft. Die 40 Anschlüsse (darunter zwei CAN- und zwei LIN-Verbindungen) werden nach dem Einlegen in die Baugruppen-Aufnahme automatisch kontaktiert. Das Steuergerät liest über seine Analog-Eingänge simulierte Werte für Temperaturen (Luft, Wasser, Kühltemperatur) sowie Luftfeuchte und Druck ein. Das Prüfgerät stimuliert die Eingänge mit den entsprechenden analogen Spannungen und Frequenzen.

Das Steuergerät kommuniziert über den CAN-Bus mit Ventilen, dem Kompressor, Wasserpumpen und Lüftermotoren. Das Testprogramm der Prüfzelle checkt die korrekten Funktionen und misst und bewertet Ströme und die PWM. Durch die Rückmeldung der simulierten Klimakomponenten über LIN schließt sich der Testkreislauf.

Ist der Test positiv verlaufen, wird ein entsprechendes Prüflabel ausgedruckt, das vom Werker aufgebracht wird und so die getesteten Bauteile als IO kennzeichnet. Panel und Steuergerät verlassen den Montageplatz über Rollenbahnen in Richtung Produktionslogistik.

Ampeln und Bildschirmanzeigen begleiten den Bearbeitungsprozess. Eine sinnreiche Verriegelung der einzelnen Bearbeitungsschritte sorgt dafür, dass nichts übersehen wird und die Testreihenfolge eingehalten wird.

Ausstattung des Montage- und Prüfplatzes

Komponenten von MCD Elektronik

•          MCD ULC-Rack mit umfangreicher Messtechnik und Bus-Schnittstellen

•          Prüfsoftware TestManager CE und MCD Toolmonitor Cognex Vision

•          Elektronische Steuerung und Koordination der Testabläufe

Produkte von Partnerunternehmen

•          Manuelle Handpresse

•          Schraubvorrichtung mit Zuführ- und Sortiergerät

•          Schwerkraft-Rollentische

•          Plattformwaage für NIO-Teile

•          Integrierter Labeldrucker

Beim Entwickler nachgefragt

Igor Gerdt, zuständig für die Hardware / Software Application bei MCD Elektronik, über die Bedeutung interaktiver Prüfplätze

Welche Kriterien sind für Sie wichtig, wenn Sie Montage- und Prüfplätze konzipieren?

Igor Gerdt:
Am wichtigsten ist es, dass sich der Bediener in seiner Arbeitsumgebung wohl fühlt. Bei der Konzeption stehen dann kurze Wege im Vordergrund. Der Bediener soll so angeleitet werden, dass alle NIO-Teile erkannt und sichergestellt werden. Bei der gesamten Entwicklung stimme ich mich eng mit dem Kunden ab. Ich muss wissen, welche Anforderungen und Bedürfnisse er hat. Zudem muss der Arbeitsplatz in die Fertigung oder Produktion des Kunden passen, sowohl von den Bedürfnissen her, als auch vom Arbeitsplatz.

Müssen Sie dabei auf kulturelle Besonderheiten Rücksicht nehmen?

Igor Gerdt:
Je nach Einsatzgebiet gilt es Besonderheiten und Unterschiede zu beachten, wie beispielsweise die Körpergröße des Bedienpersonals oder sprachliche Besonderheiten in der Benutzerführung

Haben Sie die Möglichkeit, die Akzeptanz Ihrer Prüfeinrichtungen bei den Werkern zu erfragen?

Igor Gerdt:
Die Prüfeinrichtungen werden in der Regel sehr gut angenommen, sie sind jahrelang bei den Kunden im Einsatz. Eine enge Abstimmung und Schulung stellt dies sicher. Wichtig für die Zufriedenheit ist auch eine gute Einarbeitung.

Die Modellwechsel in der Autobranche verlaufen immer schneller, wie leicht kann ein Prüfplatz auf neue, geänderte Komponenten umgestellt werden?

Igor Gerdt:
Unsere Software und Systeme sind modular strukturiert. Das ermöglicht jederzeit einfache und schnelle Umbauten und Nachrüstungen.

Inwieweit tragen die Prüfstationen von MCD zur Steigerung der Produktivität bei?

Igor Gerdt:
Die Steigerungen sind enorm. Das liegt am Zusammentragen und Bündeln zahlreicher einzelner Arbeitsschritte in ein Gesamtkonzept. So wird die Tätigkeit abwechslungsreich für den Bediener bei gleichzeitig steigender Produktivität.