Automatisierte Schaltschrankverkabelung für Elektrolyseure
Forschungsprojekt zeigt neue Wege in der flexiblen Kabelhandhabung
Die industrielle Fertigung von Elektrolyseuren ist ein zentraler Baustein für den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft. Um den Bedarf Deutschlands an grünem Wasserstoff decken zu können, sind leistungsfähige Elektrolyseure erforderlich. Doch während die Nachfrage nach solchen Systemen steigt, ist deren Produktion bislang stark manuell geprägt. Im Rahmen des Forschungsprojekts „FertiRob”, das Teil des H2Giga-Leitprojektes ist, arbeitet der Lehrstuhl für Produktionssysteme der Ruhr-Universität Bochum gemeinsam mit zahlreichen Partnern an Lösungen für eine automatisierte Serienfertigung. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der automatisierten Schaltschrankverkabelung, die zu den anspruchsvollsten Montageschritten im gesamten Prozess zählt.
Komplexe Anforderungen an die Automatisierung
Die Verkabelung von Schaltschränken stellt hohe Anforderungen an die Automatisierungstechnik. Verantwortlich dafür sind die Eigenschaften der zu verarbeitenden Materialien: Biegeschlaffe Kabel verhalten sich schwer vorhersehbar, neigen zum Verdrehen und Erschweren eine zuverlässige Simulation. Gleichzeitig treffen sie auf enge Bauräume mit zahlreichen Kollisionsgeometrien.
Hinzu kommt die hohe Variantenvielfalt. Schaltschranklösungen sind häufig kundenspezifisch ausgelegt und folgen keinem standardisierten Aufbau. Klassische Automatisierungslösungen, die auf wiederholgenaue Abläufe ausgelegt sind, stoßen hier schnell an ihre Grenzen. Gefordert ist stattdessen ein Höchstmaß an Flexibilität bei gleichzeitig maximaler Prozesssicherheit.
Auch die bisherige Fertigung von Elektrolyseuren trägt zur Komplexität bei. Da sie historisch gewachsen sind, sind viele Systeme nicht für eine automatisierte Montage konzipiert. Im Projekt wurde daher parallel an einem automationsgerechteren Aufbau gearbeitet, um die Voraussetzungen für eine wirtschaftliche Serienfertigung zu schaffen.
Innovative Lösung mit zwei Robotern
Die im Projekt entwickelte Lösung basiert auf dem Einsatz von zwei Robotern, die jeweils mit einem Kleinteilegreifer der Serie GEP2000 ausgestattet sind. Sie übernehmen das präzise Greifen, Positionieren und Einsetzen der Kabel in die entsprechenden Klemmen.
Ein wesentlicher Unterschied zu klassischen Ansätzen liegt im Aufbau des Systems: Anstelle einer herkömmlichen Montageplatte wird ein Verdrahtungsrahmen verwendet. Dieser ermöglicht eine bessere Zugänglichkeit und unterstützt die flexible Handhabung der Kabel. Zudem erlaubt die Lösung die Verkabelung beider Kabelenden, was einen entscheidenden Vorteil gegenüber vielen bestehenden Automatisierungskonzepten darstellt.
Das Ziel der Entwicklung war es, die Komplexität so weit wie möglich zu reduzieren, ohne die notwendige Flexibilität einzuschränken. Das Ergebnis ist ein robuster und gleichzeitig anpassungsfähiger Prozess, der eine Automatisierung auch bei variantenreichen Anwendungen ermöglicht.
Präzision und Kraftregelung als Schlüssel zum Erfolg
Eine zentrale Rolle in der Anwendung spielen die Greifer der Serie GEP2000. Sie wurden gezielt aufgrund ihrer technischen Eigenschaften ausgewählt: kompakte Bauweise, hohe Positioniergenauigkeit, ausreichender Öffnungshub sowie die integrierte Kraftregelung.
Gerade Letztere bietet einen entscheidenden Mehrwert in der Kabelhandhabung. Beim Verlegen des Kabels sorgt die Kraftsteuerung dafür, dass es an einem Ende gezielt gespannt werden kann, während es entlang seiner Länge im Schaltschrank geführt wird. Auf diese Weise kann das Kabel präzise positioniert und der Einführprozess in die Klemme prozesssicher gestaltet werden.
Auch bei der Integration in die bestehende Systemumgebung überzeugte die Lösung: Über IO-Link konnten die Greifer nahtlos in die Robotersteuerung eingebunden werden. Die Parametrierung erfolgte über die vorhandene Infrastruktur, wodurch sich der Integrationsaufwand deutlich reduzierte.
Schnelle Umsetzung und hohe Anpassungsfähigkeit
Ein weiterer Erfolgsfaktor des Projekts war die enge Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie. Die benötigten Greifer wurden kurzfristig bereitgestellt und konnten innerhalb einer dreimonatigen Testphase umfassend erprobt werden. Dabei standen mehrere Baugrößen zur Verfügung, die vor Ort optimal an die Anwendung angepasst werden konnten.
Neben den technischen Anforderungen spielten auch wirtschaftliche Aspekte eine Rolle. Maßgeblich zur Auswahl der Komponenten trug die Kombination aus hoher Leistungsfähigkeit, passender Geometrie und attraktiven Konditionen – insbesondere im Kontext eines Forschungsprojekts – bei.
Wegbereiter für die Serienfertigung
Das Projekt zeigt eindrucksvoll, wie sich selbst hochkomplexe manuelle Prozesse durch intelligente Automatisierungslösungen optimieren lassen. Die entwickelte Anwendung reduziert die Prozesskomplexität und erhöht gleichzeitig die Qualität und Reproduzierbarkeit der Schaltschrankverkabelung. Damit leistet sie einen wichtigen Beitrag zur Industrialisierung der Elektrolyseur-Fertigung und somit auch zum Aufbau einer leistungsfähigen Wasserstoffwirtschaft.
