Pacemakers voor de elektromobiliteit

Elektromobiliteit is voor de auto-industrie een relatief jong bedrijfssegment, dus hier worden nieuwe wegen gezocht. De automatiseringsspecialist SAR heeft daarom een complete productielijn voor de volautomatische productie van de elektronicamodule -die het hart vormt van elektrische auto's - met behulp van elf KUKA robots.

Geautomatiseerde productie van het elektromobiliteitselement

De elektronica module is het hart van elke elektrische auto. Het relatief onopvallende apparaat is iets groter dan een schoendoos en weegt ongeveer twaalf kilogram . Als centraal besturingselement in het voertuig zet het de gelijkstroom van de accu's in wisselstroom om. Pas dan kan de motor met deze emissievrije energie werken en deze in aandrijfkracht omzetten. Ook als elektromobiliteit boomt: voor de auto-industrie is de technologie relatief nieuw, wat betreft de ervaring in de productie en de ontwikkeling van automodellen.

Daarom zijn passende concepten voor de intelligente productie van e-auto's en de integratie in het productieproces erg gewild. De toeleveranciers zijn daarbij van groot belang. Zij stellen in dit geval niet alleen voorgeconfectioneerde en exact passende onderdelen ter beschikking, zoals tot nu toe meestal het geval was, maar werken ook actief mee aan het ontwikkelingsproces. Net als de automatiseringsspecialist SAR uit Beierse Dingolfing. Het bedrijf ontwikkelt en produceert onder andere productieoplossingen voor de auto-industrie en haar partners.

Nauwkeurig monteren: een KR CYBERTECH gebruikt het elektronische binnenwerk in de behuizing van de elektrische auto-besturingseenheid.

Het hart van het voertuig wordt gemaakt met KUKA robots

Een voorbeeld daarvan is de productielijn voor de elektronicamodule van elektrische auto's in opdracht van een Tier-1-leverancier. En dat is, zoals bij hartoperaties, geen gemakkelijke taak. Ons doel is om met de robot als hulpmiddel te gebruiken om intelligente oplossingen te vinden die de conventionele benaderingen niet kunnen realiseren," legt Georg Dullinger, hoofd Verkoop bij SAR, uit. In dit geval betekent dat het opbouwen van een geautomatiseerde productiefaciliteit die niet alleen componenten assembleert die in elektrische auto's worden ingebouwd, maar ook alle processtappen controleert en bewaakt, van het markeren van de afzonderlijke onderdelen, via schroefbevestigings-en hechttaken, tot het testen en inspecteren van alle tussenstappen en uiteindelijk het eindproduct

Bijna klaar: na de automatische montage van het deksel is de besturingseenheid voor de elektrische auto compleet.

Automatisering: maximale flexibiliteit als basisvoorwaarde

"Het is niet voldoende om een rij robotcellen op een rij te zetten," legt Dullinger uit. "Er bestaat geen blauwdruk voor deze processen, geen best practices." In plaats daarvan ontwikkelde SAR oplossingen voor alle automatiseringsstadia - en hun intelligente combinatie tot een totaalconcept - lang voordat de automodellen van de fabrikanten klaar waren voor serieproductie. "De uitdaging is de hoge mate van flexibiliteit: gedurende de hele ontwikkelingsfase werden voortdurend wijzigingen aangebracht in het eindmodel. Alleen de inbouwmaten van de voertuigen lagen vast. Het binnenwerk was echter sterk gemodelleerd."

De geautomatiseerde productie en montage met verschillende robotcellen bij de testloop in de fabriek van SAR in Dingolfing.

Zelfs in de productielijnen zijn er nog wijzigingen aan de auto-onderdelen die snel moeten worden aangepakt. Kortom: ontwikkeling en productie zijn uiterst flexibel. Dat is vermoedelijk ook de reden waarom het niet onwaarschijnlijk is dat de Chief Technology Officer van een autofabrikant persoonlijk langskomt om een indruk te krijgen van de stand van de automatisering. "Dat is voor bedrijven van onze omvang vrij ongebruikelijk", zegt Franz Steinbauer, projectleider bij SAR, lachend.

Voertuigmontage automatiseren: een KR QUANTEC robot controleert functionaliteit en dichtheid van de gemonteerde besturingseenheden voor de elektrische auto.

Industriële robots zorgen voor een nauwkeurige montage van elektrische auto's

Maar niet alleen de directie is overtuigd van de resultaten van dit lange ontwikkelingswerk: in de huidige configuratie van de productielijn worden 28 robots gebruikt, waarvan er 11 van KUKA zijn. Zij voeren alle relevante automatiseringstaken uit om 47 individuele voertuigonderdelen te schroeven, te verlijmen en te inspecteren, en ze uiteindelijk met de auto te verbinden. Automatisering op het hoogste niveau.

Met de robots van KUKA kunnen wij elke gewenste uitbreidingsgraad aanbieding, tot de complete productie aan toe.

Georg Dullinger, hoofd Verkoop bij SAR

De afzonderlijke stappen van het assemblageproces klinken op het eerste gezicht niet spectaculair: de industriële robots plaatsen verschillende elektronische componenten in de behuizing van de besturingseenheid voor de elektrische wagens. Ze reinigen en controleren, scheiden of bewerken opnieuw. Dat is althans het basisconcept. Het hart is echter even gevoelig als vitaal voor het afgewerkte elektrische automodel - en de afzonderlijke montagestappen moeten dan ook met zorg en precisie worden uitgevoerd.

Robotsysteem: schroefbevestiging onder cleanroomcondities voor e-mobiliteit

Dat betekent bijvoorbeeld dat verbindingspunten in het productieproces eerst worden gereinigd. Hiervoor gaat een KR AGILUS van KUKA met een plasmalans door de punten bevrijdt deze met 30.000 graden warm geïoniseerde gas van vuildeeltjes en andere verontreinigingen. De robot brengt vervolgens kit aan. Een KR CYBERTECH plaatst verschillende componenten in de behuizing. "Zelfs de kleinste elektrische stroompjes kunnen de gevoelige componenten vernielen", zegt Franz Steinbauer, "daarom is elektromagnetische compatibiliteit hier bijzonder belangrijk."

Een KR AGILUS bevrijdt de lijmpunten met een plasmalans van vuile deeltjes.

Een robot schroeft de componenten vervolgens aan elkaar. "In totaal gebruiken we 158 schroeven in acht verschillende varianten", legt de projectleider uit. "Het systeem voert elke vier seconden een schroef door een buis." Hoewel dit banaal klinkt, is het in de praktijk ingewikkelder. Aangezien de schroeven als bulkgoederen worden aangeleverd, en dit soort verpakkingen automatisch slijtage tussen de afzonderlijke metalen onderdelen genereert, scheidt een deflector schroeven en stof met behulp van perslucht. De assemblage wordt praktisch onder cleanroom-omstandigheden uitgevoerd.

Automatisering van de montage met robots: een KUKA robot brengt afdichtingsmassa op de helft van de behuizing aan.

Eerst monteren, dan controleren: een KR QUANTEC robot van KUKA controleert de besturingseenheden voor de elektrische auto.

Water en elektriciteit zijn niet compatibel in de productie – of toch wel?

"Over het hele assemblageproces verzamelen we voor elk onderdeel een zogenaamde gegevensboom. Dat betekent dat we van het kleinste schroefje tot de behuizing van de elektrische auto precies kunnen traceren waar ze vandaan komen en hoe ze zijn verwerkt. Zo kunnen achteraf conclusies worden getrokken als de bestuurder van de elektrische auto een storing ervaart," legt hoofd verkoop Georg Dullinger uit.

In de tussentijd worden herhaaldelijk afdichtingstests en functietests voor het voertuig uitgevoerd om de hoge kwaliteit van de verwerking te garanderen. Bijzonder fascinerend is de laatste stap: een KR CYBERTECH robot pakt de afgewerkte besturingseenheden voor de elektrische auto's van de transportband en vult ze met water. "Water, stroom en datatechniek horen elkaar eigenlijk nooit te ontmoeten", zegt SAR-projectleider Franz Steinbauer. "Maar in dit geval brengen we alles binnen ongeveer 100 seconden bij elkaar; het water wordt gebruikt voor de koeling tijdens de volgende stappen.

Welke graad van automatisering is vereist?

De KUKA robot plaatst de besturingseenheden in het hoogspannings- en laagspanningsisolatie-teststation - immers, aan het einde van het productieproces pulseert wisselstroom door de "slagaders" van de elektrische auto. Het besturingssysteem wordt dan in de elektrische harten geladen - de levensadem wordt er bij wijze van spreken in geblazen. Zodra alle tests positief zijn en het water weer is afgetapt, zijn de besturingseenheden klaar om hun leven als pacemaker van de auto te beginnen.

Klein, maar krachtig! De besturingseenheden van een elektrische auto, vervaardigd met behulp van KUKA robots.

Momenteel beladen operators de productielijn en halen de afgewerkte besturingseenheden voor de elektrische auto's er aan het einde uit. Op termijn kan echter ook deze processtap worden geautomatiseerd. "Met behulp van automatisch geleide voertuigsystemen zouden we de verschillende elektronicacomponenten nu al bij een zogenaamde supermarkt kunnen laten ophalen en naar de stations brengen", zegt Georg Dullinger. "De oplossing is zeer schaalbaar en aanpasbaar."

Het zou bijvoorbeeld mogelijk zijn om de productielijn in verschillende fasen op te zetten, waarbij delen ervan zelfs door leveranciers in hun eigen fabrieken kunnen worden gebruikt. "Met behulp van KUKA-robots kunnen we elke mate van uitbreiding bieden, tot aan de volledige productie", zegt Dullinger. "Welke graad van automatisering we implementeren, hangt volledig af van onze klanten."
Systeempartners Uitgelicht