Utilisation de robots pour promouvoir l'électromobilité et construire des valves de sécurité pour les batteries

La tendance pour l'électromobilité entraîne également une demande de batteries et les pièces de batteries qui montent en flèche. Le fournisseur automobile Hugo Benzing produisant, entre autres, des disques de rupture de batteries à Korntal-Münchingen près de Stuttgart le ressent bien. Les valves baissent la pression dans la batterie en cas de surchauffe thermique et contribuent ainsi considérablement à la sécurité des voitures électriques. La production des valves est exigeante et les cadences élevées - donc parfaite pour les solutions automobiles.

L'électromobilité est en forte progression. Les e-voitures fonctionnent avec de l'électricité pouvant être générée par des énergies renouvelables et réduisent ainsi les émissions de CO2 - une avancée importante vers la protection du climat. Les responsables de l'entreprise de moyenne taille Hugo Benzing GmbH & Co. KG à Korntal-Münchingen ont détecté rapidement la durabilité possible dans cette tendance de véhicules à entraînement électrique. Le fabricant leader mondial d'éléments de sécurité comprenait également parfaitement que son savoir-faire serait utile à la construction de e-voitures. Les experts en sécurité ont donc engagé le développement de membranes de rupture et de disques de rupture pour les batteries de voitures électriques. Les valves de sécurité brevetées évacuent la pression dans la batterie en cas de surchauffe thermique dans l'air ambiant. En empêchant toute montée de pression dans la batterie, elles garantissent la sécurité de l'accumulateur et donc de la voiture électrique.

Un accent porté sur la sécurité dans le processus de production

Pour fabriquer cette valve de purge pur la batterie de la voiture électrique, des contrôles qualités doivent être réalisés en permanence pendant le processus de production pour pouvoir répondre aux exigences de sécurité. La valve se compose de trois pièces assemblées, chez Benzing, dans une cellule de production automatisée. Le directeur commercial, Christian Benzing, se souvient "Nous avons commencé à construire les valves à la main". Mais nous avons très vite compris que la demande de l'industrie automobile augmenterait très rapidement pour ces valves de purge pour les voitures électriques.

Chez le fournisseur automobile Hugo Benzing à Korntal-Münchingen, les valves de sécurité sont produites de manière automatisées pour les piles au lithium des e-voitures.

"Nous devions donc augmenter la quantité" déclare Benzing. L'énorme augmentation de la capacité n'a pu être atteinte qu'avec l'automatisation. D'autre part, les contrôles de sécurité peuvent désormais être réalisés de manière standardisée suivant des processus programmés définis et à l'aide des technologie les plus modernes. L'expertise du constructeur de machines et spécialiste en automatisation, WAFIOS Tube Automation GmbH à Simonswald en Forêt Noire entre ici en jeu.

Deux millions de valves par an

"Nous avons reçu la commande pour la première cellule d'automatisation en octobre 2019. Elle a été mise en service l'année suivante à Korntal," déclare Boris Kühn, Directeur commercial de WAFIOS Tube Automation. Depuis 2023, nous utilisons deux cellules très similaires qui produisent au total deux millions de valves par an. Six robots KUKA fonctionnent dans chaque unité. Les robots KR AGILUS assemblent la valve de purge à partir de trois pièces - une pièce de support, un ressort et une pièce de fermeture.

Six robots KR AGILUS assemble les disques de rupture pour les batteries dans une cellule d'automatisation.

Les robots disposent également d'une rotation à 360 degrés. Des calculs précis et une programmation selon des déroulements définis les empêchent d'entrer en collision pendant les processus de travail. Les stations de transfert où chaque robot dépose les pièces individuelles et les reprennent en sont la clé. Ainsi la réalisation d'activités successives de Pick-and-Place garantissent des travaux sans encombres dans la cellule.

Une très grande précision est nécessaire lors de la préhension des pièces individuelles.

Sa conception modulaire rend la cellule mobile

Le spécialiste en automatisation utilise des robots KUKA pour la commande de Benzing pour deux raisons : d'une part, WAFIOS Tube Automation est depuis 2013 un partenaire système du spécialiste en robotique d'Augsbourg, d'autre part Benzing a déjà misé sur KUKA pour d'autres processus d'automatisation et a collecté de très bonnes expériences. Différents processus sont réalisés à cadence élevée dans la cellule de sept sur cinq mètres. Ils nécessitent un robot précis, rapide et compact. Le choix s'est porté sur une configuration de six du très précis KR AGILUS conçu pour de très grandes vitesses de travail par cellule. En plus du robot flexible, l'installation complète est en utilisation mobile. Elle n'est pas liée à un seul endroit dans l'usine, mais est posée sur trois plaques en acier et peut être complètement déplacée très rapidement. "Un argument très important pour nous car les procédures en production doivent constamment être réadaptées. Grâce à cette solution mobile, nous ne connaissons pas de pertes de production", se réjouit Christian Benzing.

Les robots déplacent les pièces individuelles par la cellule

Chez Benzing, les valves pour les batteries de voitures électriques sont réalisées suivant un système à trois équipes. Un employé initialise les processus de production automatisée en insérant les pièces support dans l'installation à l'aide d'un système de palettisation. De là, le KR AGILUS prélève une pièce de support et la transfère vers un contrôle lumineux réalisée par une caméra avec traitement d'images. Ces caméras jouent un rôle très important dans le processus de contrôle. Après la pièce de support, le ressort est alimenté et est également mesuré avant d'être utilisé. Enfin, c'est au tour de la pièce de fermeture qui est également vérifiée. En cas de pièce défectueuse, le KR AGILUS la trie - dans une boîte prévue à cet effet.

Les pièces individuelles sont prélevées et reposées très précisément sur les stations de transfert.

L'opérateur de la machine peut intervenir à tout moment

Une fois tous les composants contrôlés, les robots les amènent dans la station d'assemblage. "Ils y sont soudés à ultrasons, donc à grande fréquence," explique Dietmar Dengler, également Directeur commercial chez WAFIOS Tube Automation. Les vapeurs générées sont aspirées afin de protéger les employés. Un robot transfert les pièces soudées à la station d'ébavurage qui retire les résidus de soudage. Une autre station de contrôle est intégrée à cet endroit. Si le composant terminé répond aux exigences, il est transféré vers un contrôle de fuite réalisé dans un banc d'hélium. "Si tout est parfait, le composant est gravé au laser, puis ainsi terminé" déclare Dengler. Les opérateurs peuvent également demander l'examen de composants individuels, si besoin, pendant le processus. Une fois toutes les étapes de production automatisée terminées, il prélève la quantité produite de valves de sécurité.

Les préhenseurs ont besoin d'une très grande précision

Les préhenseurs utilisés par les robots pour attraper et reposer des pièces individuelles fragiles ont représenté un énorme défi. "Les ressorts disposent de six bras se pliant déjà lorsqu'on les prend légèrement dans la main" explique Dengler. Mais, chez WAFIOS Tube Automation, le personnel est déjà familiarisé avec ces exigences aux outils de préhension et les a développé, lui-même, spécifiquement pour la cellule de montage. Le système de commande complet avec lequel l'installation et des six KR AGILUS sont commandés à partir d'un seul panneau de commande a été développé en interne et est déjà utilisé depuis des années chez des clients. "L'opérateur n'a qu'à programmer la commande, sans besoin de connaissances en robotique" souligne Kühn.

Christian Benzing (au centre) s'est engagé pour la mise en œuvre de la solution d'automatisation sur WAFIOS Tube Automation ainsi que ses gérants Dietmar Dengler (à gauche) et Boris Kühn (à droite)

Pour devenir le meilleur fournisseur dans ce secteur, nous avons besoin de contrôles de processus à 100%. Seule l'automatisation nous permet de l'atteindre.

Christian Benzing, Directeur commercial de Hugo Benzing GmbH & Co. KG

Les employés de la société Hugo Benzing GmbH & Co. KG apprécient l'automatisation. Grâce à leurs "collègues robots", les employés disposent de plus de ressources pour d'autres activités de production. D'autant plus que la production manuelle des valves de sécurité n'aurait aucun sens en raison de la complexité du montage, des nombreux processus de contrôle et de la forte augmentation de la production. Ainsi l'entreprise contribue de manière significative à la propagation continue des voitures électriques.