Roboti podporují elektromobilitu a vytvářejí bezpečnostní ventily pro baterie

Rozmach elektromobility způsobuje také prudký nárůst poptávky po bateriích a součástech, které obsahují. Subdodavatel automobilového průmyslu Hugo Benzing z Korntalu-Münchingenu u Stuttgartu, který mimo jiné vyrábí průrazné disky pro baterie, pociťuje dopady. Ventily snižují tlak v akumulátoru v případě tepelného přehřátí a významně tak přispívají k bezpečnosti elektromobilů. Výroba ventilů je náročná a vysoce synchronizovaná – a proto je ideální pro automatizační řešení.

Elektromobilita je na vzestupu. Elektromobily jezdí na elektřinu, kterou lze vyrábět z obnovitelných zdrojů energie, čímž se snižují emise CO2, což je důležitý krok k ochraně klimatu. Rozhodovací orgány středně velké společnosti Hugo Benzing GmbH & Co. KG v Korntalu-Münchingenu rychle rozpoznali, že trend směřující k elektromobilům bude trvalý. Přední světový výrobce bezpečnostních prvků si také uvědomil, že jeho odborné znalosti budou užitečné pro konstrukci elektromobilů. Bezpečnostní experti tak začali vyvíjet průtržné membrány a průrazné disky pro baterie elektromobilů. Patentované bezpečnostní ventily uvolňují tlak do okolního vzduchu v případě tepelného přehřátí baterie. Tím, že zabraňují zvýšení tlaku v baterii, zajišťují bezpečnost baterie, a tedy i elektromobilu.

Priorita: Bezpečnost ve výrobním procesu

Pro výrobu tohoto odvzdušňovacího ventilu pro baterii elektromobilu jsou nutné neustálé kontroly kvality ve výrobním procesu, aby byly splněny bezpečnostní požadavky. Ventil se skládá ze tří dílů, které se ve společnosti Benzing montují v automatizované výrobní buňce. „Ventily jsme zpočátku vyráběli ručně,“ ohlíží se zpět jednatel Christian Benzing. Brzy se však ukázalo, že poptávka po těchto odvzdušňovacích ventilech pro elektromobily ze strany automobilového průmyslu výrazně vzroste.

U subdodavatele automobilového průmyslu Hugo Benzing v Korntalu-Münchingenu se vyrábějí bezpečnostní ventily pro lithiové baterie elektromobilů za použití automatizovaných postupů.

„Proto jsme potřebovali velké množství kusů,“ říká Benzing. Obrovského zvýšení kapacity bylo možné dosáhnout pouze automatizací. Kromě toho by nyní bylo možné standardizovat bezpečnostní kontroly podle definovaných, naprogramovaných postupů a s využitím nejmodernějších technologií. Zde se uplatnily odborné znalosti strojírenské a automatizační společnosti WAFIOS Tube Automation GmbH ze Simonswaldu ve Schwarzwaldu.

Dva miliony ventilů za rok

„Objednávku na první automatizační buňku jsme obdrželi v říjnu 2019. Následující rok byla uvedena do provozu v Korntalu,“ vzpomíná na začátky Boris Kühn, jednatel společnosti WAFIOS Tube Automation. Od roku 2023 jsou v provozu dvě z velké části identické buňky, které ročně vyrobí celkem dva miliony ventilů. V každé jednotce spolupracuje šest robotů KUKA. Roboti KR AGILUS sestavují odvzdušňovací ventil ze tří samostatných dílů – nosného dílu, pružiny a zavíracího dílu.

Šestice robotů KR AGILUS montuje průrazné kotouče pro baterie v automatické buňce.

Roboti se také otáčejí o 360 stupňů. To, že se během pracovních postupů nesrazí, je přesně vypočítáno a naprogramováno podle definovaných průběhů. Klíčem k tomu jsou překladiště, kam jednotliví roboti ukládají konkrétní díly a z nichž je vyzvedávají. Postupné provádění úloh typu Pick-and-Place zaručuje bezproblémovou práci v buňce.

Při uchopování jednotlivých dílů je vyžadována maximální přesnost.

Díky modulární konstrukci je buňka mobilní.

Specialista na automatizaci si pro zakázku Benzing vybral roboty KUKA ze dvou důvodů: Zaprvé, WAFIOS Tube Automation je systémovým partnerem augsburského specialisty na roboty již od roku 2013 a za druhé, Benzing se již na společnost KUKA spoléhal při jiných automatizačních procesech a měl s ní velmi pozitivní zkušenosti. V buňce o rozměrech sedm krát pět metrů probíhá mnoho různých procesů vysokou rychlostí. To vyžadovalo přesného, rychlého a kompaktního robota. Volba padla na KR AGILUS, který je velmi přesný a navržený pro maximální pracovní rychlosti, a to vynásobeno šesti na jednu buňku. Kromě flexibilního robota je celý systém mobilní i v provozu. Není vázán na pevné místo v továrně, ale stojí na třech ocelových deskách a může být během velmi krátké doby kompletně přemístěn. „Byl to pro nás důležitý argument, protože výrobní procesy je třeba stále znovu přizpůsobovat. Díky tomuto mobilnímu řešení nemáme ve výrobě žádné prostoje,“ říká Christian Benzing.

Roboti přepravují jednotlivé díly napříč buňkou

Ventily pro baterie elektromobilů se ve společnosti Benzing vyrábějí ve třísměnném provozu. Zaměstnanec nejprve zahájí automatizovaný výrobní postup tím, že vloží nosné díly do systému prostřednictvím paletizačního systému. Tam robot KR AGILUS vyzvedne nosný díl a přenese jej na místo světelné kontroly, kterou provede kamera pro zpracování obrazu. Tyto kamery jsou důležitou součástí kontrolního postupu. Za nosnou díl se vloží pružina, která se před použitím rovněž změří. Nakonec se přidá zavírací díl, který se rovněž zkontroluje. Pokud je díl vadný, robot KR AGILUS jej oddělí do krabice určené pro tento účel.

Jednotlivé díly jsou přesně vyzvedávány a opět ukládány na překladiště.

Obsluha stroje může kdykoli zasáhnout

Jakmile jsou všechny komponenty zkontrolovány, přenesou je roboty na montážní stanici. „Svařují se zde pomocí ultrazvuku, tedy vysoké frekvence,“ vysvětluje Dietmar Dengler, rovněž jednatel společnosti WAFIOS Tube Automation. Vznikající výpary jsou odsávány za účelem ochrany zaměstnanců. Robot nyní přenáší svařené díly do stanice pro odstraňování otřepů, která odstraňuje zbytky po svařování. Zde je integrována další zkušební stanice. Pokud hotový komponent splňuje požadavky, je podroben testu těsnosti, který se provádí v heliové kabině. „Pokud vše sedí, komponent se označí laserem a je připraven,“ říká Dengler. Obsluha může rovněž požádat o kontrolu jednotlivých komponentů během kontroly, pokud to považuje za nezbytné. Po dokončení všech automatizovaných kroků výroby odebere obsluha hotové množství bezpečnostních ventilů.

Obsluha stroje může kdykoli během výroby bezpečnostních ventilů zasáhnout.

Podavače vyžadují maximální přesnost

Ukázalo se, že podavače, které roboti používají ke zvedání a odkládání jednotlivých citlivých dílů, představují výzvu. „Pružiny mají šest ramen, která se ohýbají, pokud je uchopíte příliš pevně,“ vysvětluje Dengler. Společnost WAFIOS Tube Automation však tyto požadavky na uchopovací nástroje zná, a proto je pro montážní buňku sama vyvinula. Komplexní řídicí systém, který slouží k ovládání systému včetně šesti robotů KR AGILUS prostřednictvím panelu, byl rovněž vyvinut ve vlastní režii a zákazníci jej používají již řadu let. „Pracovníci obsluhy jednoduše naprogramují řídicí systém, ale nemusí mít žádné znalosti o robotech,“ zdůrazňuje Kühn.

Christian Benzing (uprostřed) se při realizaci automatizačního řešení spolehl na společnost WAFIOS Tube Automation a na její jednatele Dietmara Denglera (vlevo) a Borise Kühna (vpravo).

Abychom byli v této oblasti nejlepším dodavatelem, musíme mít proces plně pod kontrolou. Toho můžeme dosáhnout pouze pomocí automatizace.

Christian Benzing, jednatel společnosti Hugo Benzing GmbH & Co. KG

Automatizace je zaměstnanci společnosti Hugo Benzing GmbH & Co. KG dobře přijímána.„Robotičtí kolegové“ poskytují zaměstnancům více zdrojů pro další činnosti ve výrobě.Zejména proto, že ruční výroba bezpečnostních ventilů by neměla smysl kvůli složitosti montáže, mnoha zkušebním postupům a prudkému nárůstu výroby. Společnost tak významně přispívá k dalšímu rozšíření elektromobilů.