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Utilizar robots para fomentar la electromovilidad y fabricar válvulas de seguridad para baterías
El auge de la electromovilidad también significa un incremento repentino en la demanda de baterías y sus componentes. El proveedor automovilístico Hugo Benzing, con sede en Korntal-Münchingen, cerca de Stuttgart, que fabrica discos de ruptura para baterías, entre otros componentes, está notando los efectos de esta situación. Las válvulas reducen la presión en caso de sobrecalentamiento térmico en la batería y, de esta manera, contribuyen de forma notable a la seguridad de los vehículos eléctricos. La producción de las válvulas es muy exigente y sincronizada, por lo que es perfecta para las soluciones de automatización.
La electromovilidad está en auge. Los coches eléctricos funcionan con electricidad que se puede producir a partir de fuentes de energía renovables, por lo tanto, reducen las emisiones de CO2, lo que supone un paso importante hacia la protección del clima. Las personas con capacidad de toma de decisiones de la empresa de tamaño medio, Hugo Benzing GmbH & Co. KG de Korntal-Münchingen, detectaron muy rápido que la tendencia hacia los vehículos eléctricos había llegado para quedarse. El fabricante líder de elementos de seguridad del mundo también se dio cuenta de que sus conocimientos resultarían muy útiles para construir coches eléctricos. Por ello, los expertos en seguridad comenzaron a desarrollar membranas de rotura y discos de rotura para baterías de coches eléctricos. Las válvulas de seguridad patentadas sueltan presión al aire ambiente en caso de sobrecalentamiento térmico en la batería. Al evitar un aumento de presión en la batería, garantizan la seguridad del acumulador y, por tanto, del coche eléctrico.
La automatización en la fabricación de baterías para la electromovilidad
La automatización mejora la eficiencia de la producción de discos de rotura para baterías del sector de la electromovilidad y ayuda a superar desafíos, como el nivel de precisión de la producción o el aumento de cantidades.
Seguridad en el proceso de producción
Para fabricar esta válvula de ventilación para la batería de coches eléctricos, se requieren controles de calidad constantes a lo largo de todo el proceso de producción para cumplir los requisitos de seguridad. La válvula consta de tres piezas, que se montan en una celda de montaje automatizada en Benzing. «Al principio, fabricábamos las válvulas a mano», recuerda el director ejecutivo Christian Benzing. Pero nos dimos cuenta rápido de que la demanda de la industria automovilística de estas válvulas de ventilación iba a crecer notablemente.
En las instalaciones del proveedor automovilístico Hugo Benzing en Korntal-Münchingen, se fabrican válvulas de seguridad para baterías de litio de coches eléctricos mediante un proceso automatizado.
«Así que necesitamos muchas unidades», afirma Benzing. El enorme crecimiento en la capacidad solo fue posible gracias a la automatización. Además, las comprobaciones de seguridad ahora se podían estandarizar de acuerdo con procesos definidos y programados haciendo uso de la tecnología más reciente. Y aquí es donde entró en juego la experiencia de la empresa de ingeniería y automatización WAFIOS Tube Automation GmbH con sede en la localidad de Simonswald en la Selva Negra.
Dos millones de válvulas al año
«El pedido para la primera celda de automatización nos llegó en octubre de 2019. Al año siguiente ya empezó a funcionar en Korntal» relata Boris Kühn, director general de WAFIOS Tube Automation, recordando los inicios de la celda de automatización. Desde 2023, se usan dos celdas prácticamente idénticas para fabricar un total de dos millones de válvulas al año. En cada unidad colaboran seis robots KUKA. Los robots KR AGILUS montan la válvula de ventilación a partir de tres piezas individuales: una pieza portadora, un muelle y una pieza de cierre.
Seis robots KR AGILUS montan discos de rotura para baterías en una celda automatizada.
En este proceso, los robots también giran 360 grados. Se han llevado a cabo cálculos precisos y programado secuencias definidas para garantizar que no haya colisiones durante los procesos de trabajo. La solución en este caso son las estaciones de traspaso, donde los robots individuales depositan y recogen las piezas individuales. La ejecución sucesiva de tareas de pick-and-place garantiza un trabajo ininterrumpido en la celda.
A la hora de agarrar las piezas individuales se requiere máxima precisión.
Gracias a su construcción modular, la celda es móvil
Hay dos motivos por los que el especialista en automatización se decantó por robots de KUKA para el encargo de Benzing: en primer lugar, WAFIOS Tube Automation es socio del especialista de robots asentado en Augsburgo desde 2013 y, en segundo lugar, Benzing ya había confiado antes en KUKA para otros procesos de automatización y su experiencia había sido muy positiva. En la celda de siete por cinco metros se realizan muchos procesos diferentes a gran velocidad. Para ello, se necesita un robot preciso, rápido y compacto. Se decantaron por la versión séxtuple por cada celda del enormemente preciso KR AGILUS, diseñado para velocidades de trabajo extraordinariamente elevadas. Al margen del robot flexible, todo el sistema también funciona de forma móvil: no está atado a una ubicación fija en la fábrica, sino que se monta sobre tres placas de acero, lo que permite reubicarlo entero en un abrir y cerrar de ojos. «Este era un factor determinante para nosotros porque los procesos de producción siempre necesitan adaptación. Gracias a esta solución móvil evitamos los tiempos de inactividad de producción», afirma Christian Benzing contento.
Los robots desplazan las piezas individuales por la celda
Las válvulas para baterías de coches eléctricos se fabrican en un sistema de tres turnos en Benzing. Un empleado inicia el proceso de producción automático alimentando las piezas portadoras al equipo mediante un sistema de paletizado. Allí, el KR AGILUS recoge una pieza portadora y la entrega a un punto de inspección de luz, donde se le realiza una prueba con una cámara procesadora de imágenes. Las cámaras forman una parte importante del proceso de inspección. Después de la pieza portadora, se acerca el muelle, que también se mide antes de su uso. Finalmente, se coge la pieza de cierre y también se inspecciona. Si una pieza es errónea, el KR AGILUS la desclasifica a una caja prevista para tal fin.
Las piezas individuales se recogen y vuelven a depositar con gran precisión en las estaciones de traspaso.
El operador de la máquina puede intervenir en cualquier momento
Una vez inspeccionados todos los componentes, los robots los transportan a la estación de montaje. «Allí, se sueldan mediante ultrasonido y a alta frecuencia» explica Dietmar Dengler, director ejecutivo de WAFIOS Tube Automation. Los vapores que se generan en el proceso se aspiran para proteger a los/las empleados/as. A continuación, un robot transporta las piezas soldadas a la estación de desbarbado que se encarga de retirar los residuos de la soldadura. En este punto se integra otra estación de comprobación. Si el componente terminado cumple con las condiciones requeridas, se somete a una prueba de fugas en un banco de helio. «Si todo está bien, el componente recibe una inscripción láser y queda listo» afirma Dengler. Los operarios también pueden solicitar la inspección de componentes individuales durante el proceso si lo consideran necesario. Una vez completados todos los pasos de producción automatizados, el operador retira las válvulas de seguridad terminadas.
El operario de la máquina puede intervenir en cualquier momento durante la fabricación de las válvulas de seguridad.
Las garras exigen un nivel de precisión máximo
Las garras que usan los robots para recoger y depositar piezas individuales delicadas supusieron un importante desafío. «Los muelles cuentan con seis brazos que se doblan si se cogen con demasiada fuerza», explica Dengler. Pero en WAFIOS Tube Automation están acostumbrados a estos requisitos para herramientas de garra y, por ello, las han desarrollado ellos mismos para la celda de montaje. El sistema de control integral, que se usa para manejar el sistema y los seis robots KR AGILUS mediante un único panel, también se desarrolló a nivel interno y lleva en uso con varios clientes desde hace años. «El operario solo tiene que programar el sistema de control, no necesita ningún conocimiento sobre robótica», destaca Kühn.
Christian Benzing (centro) se decantó por WAFIOS Tube Automation para implementar la solución de automatización: junto con los directores ejecutivos Dietmar Dengler (izquierda) y Boris Kühn (derecha).
Para poder ser el mejor proveedor en este sector, precisamos un control de los procesos del cien por cien. La única forma de lograrlo es mediante la automatización.
Los empleados y empleadas de Hugo Benzing GmbH & Co. KG están muy contentos con el sistema de automatización.Gracias a sus «compañeros robots», los empleados y empleadas disponen de más recursos para otras actividades de producción. Además, no tendría sentido fabricar las válvulas de seguridad a mano debido al nivel de complejidad del proceso de montaje, los numerosos procesos de comprobación y el gran aumento en el volumen. Así, la empresa contribuye de forma notable en la expansión de los coches eléctricos.
