Produktionslinie für Airbag-Gasgeneratoren
PIA-Fakten-Check
- Verbesserung der Taktzeit um 50%
- Bestmögliche Flexibilität
- Sicherheitsstandards aufgrund Pyro-Material
Von Produktion mit sehr geringer Teilautomatisierung auf eine Vollautomatisierung
Gasgeneratoren werden benötigt, um einen Airbag im Fahrzeug – bei einem Aufprall – mit Hilfe von Pyro-Material kontrolliert aufzublasen. Dabei gibt es verschiedene Airbag-Varianten (z. B. für Fahrer- oder Beifahrersitz) und verschiedene Zündstufen (einfach und doppelt). PIA Automation erstellte ein komplexes Montagekonzept für die Produktion von Airbag-Gasgeneratoren eines namhaften Kunden aus der Automobilzulieferindustrie. Die Herausforderungen waren nicht zuletzt die Einhaltung hoher Sicherheitsstandards, angesichts des leicht entzündlichen Pyro-Materials sowie die Vorgabe, die Taktzeit um die Hälfte zu verringern – und das alles bei größtmöglicher Flexibilität.
Die Anforderung für PIA Automation bei dieser Montageanlage war es, die bisherige sehr flexible Produktionsweise in ein vollautomatisiertes Konzept zu integrieren. Bisher verfügte der Kunde nur über eine Teilautomation und konnte an der Montagelinie sehr flexibel agieren. Viele Schritte wurden noch an Handarbeitsplätzen vollzogen und auch die Logistikprozesse durch Mitarbeiter erledigt. Diese Flexibilität sollte bestmöglich erhalten bleiben, dabei aber die Effizienz durch Automation deutlich erhöht werden. Die bisherige Taktung von zwölf Sekunden sollte auf sechs Sekunden halbiert werden.
Großanlage im Sechs-Sekunden-Takt
Bisher waren stets fünf bis acht Mitarbeiter an der Fertigung eines Gasgenerators beteiligt. Die Anlage konnte auch nur durch den aktiven Einsatz der Mitarbeiter kontinuierlich weiterlaufen – dank der Automatisierung der gesamten Produktionsprozesse läuft die jetzige Maschine über weite Strecken selbsttätig, bis z. B. neues Material aufgefüllt werden muss. Hierzu wird nur noch ein einziger Bediener benötigt. Alle Vorgänge laufen automatisch ab: von der Zuführung und dem Bauteiltransport per Werkstückträger über Press-, Schweiß- (Laser- und Reibschweißen) und Klebeprozesse sowie mehrfache Befüllung von Pyro-Material bis hin zu Qualitätskontrollen und Heliumleckageprüfungen – und das in einem Sechs-Sekunden-Takt. Die Taktzeit war eine besondere Herausforderung, da manche Prozesse länger dauern als andere. Gelöst wurde dieses Problem durch eine Parallelisierung von längerdauernden Prozessschritten, um am Ende wieder insgesamt auf sechs Sekunden pro Generator zu kommen. Innerhalb eines Moduls befinden sich zwei Stationen, die gleich sind und parallel laufen.
Sensible Handhabung des Pyro-Materials
Wie komplex die Umsetzung der Anlage war, zeigen verschiedene Beispiele mit PIA-spezifischen Lösungen. Bestehende Konzepte konnten auf die Kundenanforderung angepasst und optimiert werden. Dazu zählen die Integration des Laserrundschalttischs, das patentierte PIA-Schnellwechselsystem Clictec, spezielle formflexible Zuführungen als Magazinlösung sowie die Erfahrung mit hohen Sicherheitsstandards hinsichtlich des Pyro-Materials. Die Anlage wurde nach den global geltenden CE-Richtlinien und unter Berücksichtigung der EX-Schutz-Sicherheitsmaßnahmen realisiert. Somit funktioniert das Anlagenkonzept weltweit und ist auch für andere Länder adaptierbar.
Um die sensible Handhabung des Pyro-Materials deutlich zu machen, wird der komplexe Aufblas-Mechanismus eines Airbags beschrieben: Der erste elektrische Impuls zündet mit eigenem Pyro-Material zunächst eine Vorstufe. Diese zündet wiederum die eigentliche Masse an Pyro-Material, die dann den Airbag aufbläst. Möglich ist zusätzlich noch die Variante, bei der noch einmal nachgezündet wird, damit nach dem ersten Aufprall des Kopfes auf den Airbag bei einem Zurückschleudern und erneutem Aufprall der Airbag gefüllt bleibt und die neuerliche Bewegung abfängt. Es sind also bis zu drei Kammern in der Anlage mit Pyro-Material bis auf 0,07 Gramm genau zu befüllen. Dies wird durch Wiegen aller drei Kammern gewährleistet. Zudem muss geprüft werden, ob die elektrischen Zünder bei einem bestimmten Widerstand tatsächlich funktionsfähig sind. Dies leistet die Anlage mit elektrischen Funktionstest ebenfalls. Eine besondere Herausforderung hinsichtlich des feuchtigkeitssensitiven Pyro-Materials sind auch Produktionsstopps. In diesem Fall muss das Pyro-Material aus der Produktion in eine kontrollierte Umgebung gebracht werden. Dies wurde halbautomatisiert gelöst. Teilmontierte Produkte müssen dann aus der Anlage gebracht und später an gleicher Stelle wieder eingeführt werden. Die Maschinensteuerung überprüft hierbei die Richtigkeit. Alle halbfertigen Produkte verfügen bereits über Identifikationscodes, sodass eine lückenlose Rückverfolgbarkeit der Produkte stets gewährleistet ist.
PIA-Lösung für sicheren Laserprozess
Der Kunde profitierte bei den Laserprozessen von einer PIA-eigenen Lösung, die für diese Anlage adaptiert wurde, einem Laserrundschalttisch. Dieser hat zwei Vorteile: Sicherheit für den Bediener und geringere Wartungskosten. Das Modul besteht aus einem großen und einem kleineren Rundschalttisch. Über den größeren werden alle Teile zwischen den einzelnen Stationen transportiert. Auf dem kleineren Rundschalttisch erfolgen die Laserarbeiten. Diese Kammer ist so verschlossen, dass sich die Tür nur mit Werkzeug öffnen lässt. Dies bietet den Mitarbeitern eine hohe Sicherheit im laufenden Betrieb. Unabhängig vom Laserrundschalttisch lässt sich der größere öffnen, während der Laser selbst immer noch betriebsbereit ist und nicht vollständig abgeschaltet werden muss. Wenn der Laser nicht ständig ein- und ausgeschaltet wird, erhöhen sich die Produktionszeiten und damit einher geht eine deutliche Reduzierung der Wartungskosten.
Vollständige Rückverfolgbarkeit
Ein weiteres PIA-Produkt, das Kunden beim Aufbau einer Montageanlage nutzen können, ist der Line-Controller. Die Software ist direkt kompatibel mit der Maschinensteuerung und den vorhandenen Schnittstellen. Mithilfe des Line-Controllers werden alle Prozessparameter überwacht und eine umfassende Rückverfolgbarkeit ermöglicht. Jedes Produkt ist nachverfolgbar und in einer Datenbank hinterlegt. Außerdem gibt der Line-Controller die Produktionsdaten für jede Variante aus der Jobverwaltung heraus vor und weist die Stationen an, im Folgenden nach einer bestimmten Datenreihe zu fertigen. Auch die Kommunikation mit übergeordneten Systemen des Kunden leistet der Line-Controller: um beispielsweise rückzumelden, wie viel Ausschuss bei der letzten Variante entstanden ist, wie viel Material verbraucht wurde, wie viele Materialien entsprechend neu bestellt werden müssen.
Individuelle Magazinlösung
Ein kniffliges Detail der Anlage war die Realisierung einer formflexiblen Zuführung. Falc Borchard erläutert: „Man muss sich ein Material vorstellen wie bei einem Kosmetik-Pad. Die Zuführung und exakte Trennung der einzelnen „Pads“ gestalten sich aufgrund der mangelnden Stabilität schwierig. Wir haben eine Magazinlösung entwickelt, die diese formflexible Geräuschdämpfung aus Faserverbundmaterial zuverlässig und reproduzierbar einzeln zuführen kann.“ Die Komponenten bewirken später im Generator, Geräuschentwicklung, die durch Vibrationen des Autos entsteht, zu dämpfen.
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