Robotok használata az elektromobilitás előmozdítására és az akkumulátorokhoz való biztonsági szelepek építésére

Az elektromobilitás fellendülése az akkumulátorok és az akkumulátoralkatrészek iránti keresletet is az egekbe szökteti. A Stuttgart melletti Korntal-Münchingenben található Hugo Benzing autóipari beszállító, amely többek között akkumulátor hasadólemezeket gyárt, érzi ennek hatásait. Termikus túlmelegedés esetén a szelepek csökkentik a nyomást az akkumulátorban, így jelentősen hozzájárulnak az elektromos autók biztonságához. A szelepgyártás nagy kihívást jelent és rendkívül szinkronizált folyamat – ezért ideális az automatizálási megoldásokhoz.

Az elektromobilitás feltörekvőben van. Az elektromos autók megújuló energiaforrásokból előállított villamos energiával működnek, így csökkentve a CO2-kibocsátást, amely fontos lépés a klímavédelem felé. A Korntal-Münchingenben működő Hugo Benzing GmbH & Co. KG középvállalat döntéshozói hamar felismerték, hogy az elektromos járművek irányába mutató tendencia tartós lesz. A világ vezető biztonsági elem gyártója is felismerte, hogy szakértelmük hasznos lehet az elektromos autók gyártásában. Így a biztonsági szakértők hasadó membránokat és hasadó lemezeket kezdtek kifejleszteni az elektromos autók akkumulátoraihoz. A szabadalmaztatott biztonsági szelepek az akkumulátor termikus túlmelegedése esetén nyomást engednek a környezeti levegőbe. Ezek biztosítják az akkumulátor és így az elektromos autó biztonságát azáltal, hogy megakadályozzák az akkumulátor nyomásának növekedését.

Fókuszban a gyártási folyamat biztonsága

Az elektromos autó akkumulátorához való légtelenítő szelep gyártásához a gyártási folyamat során állandó minőségellenőrzésre van szükség a biztonsági követelmények teljesítése érdekében. A szelep három részből áll, amelyeket a Benzing automatizált gyártócellájában szerelnek össze. „Kezdetben kézzel állítottuk össze a szelepeket” - emlékszik vissza Christian Benzing ügyvezető igazgató. Azonban hamarosan világossá vált, hogy az autóipar részéről az elektromos autók légtelenítő szelepei iránti kereslet jelentősen növekedni fog.

A Korntal-Münchingen-i Hugo Benzing autóipari beszállítónál az elektromos autók lítium akkumulátorainak biztonsági szelepeit automatizált eljárással állítják elő.

"Tehát nagy mennyiségekre volt szükségünk" - mondja Benzing. A hatalmas kapacitásnövekedést csak automatizálással lehetett elérni. Ráadásul a biztonsági ellenőrzéseket most meghatározott, programozott folyamatok szerint és a legmodernebb technológia alkalmazásával lehet szabványosítani. Itt került a képbe a WAFIOS Tube Automation GmbH gépészmérnöki és automatizálási vállalat szakértelme, amelynek székhelye Simonswaldban, a Fekete-erdőben található.

Kétmillió szelep évente

„Az első automatizált cellára vonatkozó megrendelést 2019 októberében kaptuk meg. A következő évben Korntalban indítottuk el üzemünket” - meséli Boris Kühn, a WAFIOS Tube Automation ügyvezető igazgatója, visszatekintve az automatizált cella korai napjaira. 2023 óta két nagyrészt azonos cellát használnak, amelyek évente összesen kétmillió szelepet termelnek. Mindegyik egységben hat KUKA robot dolgozik együtt. A KR AGILUS robotok három különálló részből szereli össze a légtelenítő szelepet – egy hordozó részből, egy rugóból és egy lezáró elemből.

Hat KR AGILUS robot szereli össze az akkumulátorok hasadólemezeit egy automatizált cellában.

A robotok 360 fokban is forognak. Pontos számításokat végeztek annak biztosítására, hogy a munkafolyamatok során ne ütközzenek egymásnak, és ezt meghatározott szekvenciák szerint programozzák. Ennek kulcsa az átadóállomások megléte, ahol az egyes robotok leteszik és felveszik az egyes alkatrészeket. A pick-and-place feladatok egymást követő végrehajtása garantálja a folyamatos munkát a cellában.

Az egyes alkatrészek megfogásához maximális pontosság szükséges.

Moduláris felépítésének köszönhetően a cella mobil

Az automatizálási szakember két okból választotta a KUKA robotokat a Benzing megrendeléshez: először is, a WAFIOS Tube Automation 2013 óta rendszerpartnere az augsburgi székhelyű robot specialistának, másodszor pedig, a Benzing korábban más automatizálási folyamatokban is a KUKA-ra támaszkodott, és igen pozitív tapasztalatokat szerzett velük kapcsolatban. A hét-öt méteres cellában több különböző folyamatot hajtanak végre nagy sebességgel. Ehhez gyors, precíz és kompakt robotra volt szükség. Az a döntés született, hogy mindegyik cellához hat-hat rendkívül pontos KR AGILUS robotot választanak, amelyeket rendkívül nagy munkasebességre terveztek. Amellett, hogy a robot sokoldalú, az egész rendszer működési szempontból is mobil. A gyárban nincs rögzített helyhez kötve, hanem három acéllemezre szerelték, így teljes egészében, pillanatok alatt áthelyezhető. „Ez fontos tényező volt számunkra, mert a termelési folyamatokat mindig adaptálni kell. Ez a mobil megoldás azt jelenti, hogy nincs gyártási leállási idő” - mondja Christian Benzing.

Robotok mozgatják az egyes alkatrészeket a cellán keresztül

Az elektromos autók akkumulátorainak szelepeit Benzingben három műszakos rendszerben gyártják. Az egyik munkavállaló az automatizált gyártási folyamatot úgy indítja el, hogy a hordozó alkatrészeket raklapozó rendszerrel bevezeti a rendszerbe. Ott a KR AGILUS felvesz egy hordozó alkatrészt, és átadja egy fényellenőrzési pontnak, ahol képfeldolgozó kamerával ellenőrzést végeznek. Ezek a kamerák az ellenőrzési folyamat fontos részét képezik. A hordozórész után bevezetik a rugót, amelyet használat előtt szintén lemérnek. Végül érkezik a záró alkatrész, amelyet szintén ellenőriznek. Ha egy alkatrész hibás, a KR AGILUS leválasztja egy erre a célra szolgáló dobozba.

Az egyes alkatrészeket pontosan az átadóállomásokon veszik fel és rakják le.

A gépkezelő bármikor beavatkozhat

Az összes alkatrész megvizsgálását követően a robotok átviszik őket a szerelőállomásra. „Ott ultrahanggal hegesztik őket - nagy frekvencián” - magyarázza Dietmar Dengler, a WAFIOS Tube Automation ügyvezető igazgatója. A keletkező gőzöket a munkavállalók védelme érdekében elszívjuk. Ezután egy robot átadja a hegesztett alkatrészeket a sorjázó állomásnak, amely eltávolítja a hegesztési maradványokat. Ezen a ponton egy másik tesztállomás van integrálva. Ha a kész alkatrész megfelel a követelményeknek, akkor szivárgástesztnek vetik alá, amelyet héliumkamrában végeznek el. "Ha mindent rendben találnak, az alkatrészt lézerrel feliratozzák, és készen is van" - mondja Dengler. A gépkezelők a folyamat során is kérhetik az egyes alkatrészek ellenőrzését, ha szükségesnek tartják. Miután az összes automatizált gyártási lépés befejeződött, a gépkezelő eltávolítja az elkészült biztonsági szelepeket.

A gépkezelő a biztonsági szelepek gyártása során bármikor beavatkozhat.

A megfogók maximális pontosságot igényelnek

A robotok által a kényes egyedi alkatrészek felszedésére és lerakására használt fogószerkezetek valódi kihívásnak bizonyultak. "A rugók hat karral rendelkeznek, amelyek meghajlanak, ha túl szorosan tartjuk őket" - magyarázza Dengler. A WAFIOS Tube Automation munkatársai azonban ismerik ezeket a fogószerszámokra vonatkozó követelményeket, és ezért maguk fejlesztették ki őket az összeszerelő cellához. A berendezés és a hat KR AGILUS robot egyetlen panelen keresztül történő működtetésére használt átfogó vezérlőrendszert szintén házon belül fejlesztették ki, és az ügyfelek már évek óta használják. „A kezelőknek csak be kell programozniuk a vezérlőrendszert, nem kell, hogy ismerjék a robotokat” - hangsúlyozza Kühn.

Christian Benzing (középen) a WAFIOS Tube Automation-t választotta az automatizálási megoldás megvalósításához - Dietmar Dengler (balra) és Boris Kühn (jobbra) ügyvezető igazgatókkal együtt

Ahhoz, hogy a legjobb beszállítók legyünk ezen a területen, teljes mértékben ellenőriznünk kell a folyamatot. Ezt csak automatizálással érhetjük el.

Christian Benzing, a Hugo Benzing GmbH & Co. KG ügyvezető igazgatója

A Hugo Benzing GmbH & Co. KG munkavállalói elégedettek az automatizálási rendszerrel."Robot kollégáiknak" köszönhetően nekik több erőforrásuk jut más termelési tevékenységekre.Ráadásul nem is lenne értelme kézzel gyártani a biztonsági szelepeket az összeszerelési folyamat összetettsége, a számos tesztelési folyamat és a teljesítmény hirtelen növekedése miatt. A vállalat ezért jelentős mértékben hozzájárul az elektromos autók folyamatos elterjedéséhez.