Robotar främjar e-mobilitet och bygger säkerhetsventiler för batterier

Den snabbt växande elektrifieringen får även efterfrågan på batterier och dess inbyggda delar att skjuta i höjden. Detta märks av fordonsunderleverantören Hugo Benzing från Korntal-Münchingen nära Stuttgart, som bland annat tillverkar batterisprängbleck. Vid termisk överhettning minskar ventilerna trycket i batteriet och bidrar därmed väsentligt till elbilarnas säkerhet. Ventilproduktionen är utmanande och mycket synkroniserad – och därför idealisk för automationslösningar.

Elektrifieringen ?kar. Elbilar drivs med el som kan produceras fr?n f?rnybara energik?llor, vilket minskar CO2-utsl?ppen – ett viktigt steg mot klimatskydd. Beslutsfattarna p? det medelstora f?retaget Hugo Benzing GmbH & Co. KG i Korntal-Münchingen ins?g snabbt att trenden mot elfordon ?r h?r f?r att stanna. Den v?rldsledande tillverkaren av s?kerhetselement ins?g ocks? att deras expertis skulle vara anv?ndbar f?r konstruktion av elbilar. D?rf?r b?rjade s?kerhetsexperterna utveckla spr?ngmembran och spr?ngskivor f?r elbilsbatterier. De patenterade s?kerhetsventilerna sl?pper ut trycket till den omgivande luften vid termisk ?verhettning i batteriet. De s?kerst?ller batteriets och d?rmed elbilens s?kerhet genom att f?rhindra en tryck?kning i batteriet.

Fokus p? s?kerhet i produktionsprocessen

F?r att tillverka denna avluftningsventil f?r elbilsbatterier kr?vs konstanta kvalitetskontroller under hela tillverkningsprocessen f?r att uppfylla s?kerhetskraven. Ventilen best?r av tre delar, som ?r monterade i en automatiserad produktionscell hos Benzing. ”I b?rjan byggde vi ventilerna f?r hand”, minns vd:n Christian Benzing. Det stod dock snart klart att bilindustrins efterfr?gan p? dessa avluftningsventiler f?r elbilar skulle v?xa betydligt.

Hos fordonsunderleverantören Hugo Benzing i Korntal-Münchingen tillverkas säkerhetsventiler för litiumbatterier i elbilar med hjälp av en automatiserad process.

”Det beh?vdes med andra stora m?ngder”, s?ger Benzing. Den enorma kapacitets?kningen kunde bara uppn?s med automatisering. Dessutom kunde s?kerhetskontrollerna nu standardiseras enligt definierade, programmerade processer och med hj?lp av banbrytande teknik. H?r inh?mtades expertisen fr?n mekanik- och automatiseringsf?retaget WAFIOS Tube Automation GmbH med s?te i Simonswald i Schwarzwald.

Tv? miljoner ventiler om ?ret

”Vi fick best?llningen p? den f?rsta automatiseringscellen i oktober 2019. ?ret efter togs den i drift i Korntal”, s?ger Boris Kühn, vd f?r WAFIOS Tube Automation, som minns tillbaka till automatiseringscellens begynnelse. Sedan 2023 har tv? i stort sett identiska celler anv?nts, som tillverkar totalt tv? miljoner ventiler per ?r. Sex KUKA-robotar arbetar tillsammans i varje enhet. KR AGILUS-robotar monterar avluftningsventilen med tre enskilda delar – en h?llardel, en fj?der och en l?sdel.

Sex KR AGILUS-robotar monterar sprängblecken för batterier i en automatiseringscell.

Robotarna sv?nger ocks? 360 grader. Exakta ber?kningar har gjorts f?r att s?kerst?lla att de inte kolliderar under arbetsprocesserna och dessa programmeras enligt definierade sekvenser. F?rflyttningsstationer, d?r de enskilda robotarna s?tter ner och h?mtar de enskilda delarna, ?r nyckeln till detta. Det successiva utf?randet av pick-and-place-aktiviteter s?rjer f?r ett smidigt arbete i cellen.

Det krävs maximal precision när de enskilda delarna greppas.

Cellen ?r mobil tack vare sin modul?ra konstruktion

Det finns tv? anledningar till att automatiseringsf?retaget anv?nde KUKA-robotar f?r Benzings best?llning: Dels har WAFIOS Tube Automation varit systempartner till den Augsburg-baserade robotspecialisten sedan 2013, dels hade Benzing redan f?rlitat sig p? KUKA f?r andra automatiseringsprocesser och hade mycket goda erfarenheter. M?nga olika processer utf?rs i h?g hastighet i cellen p? sju g?nger fem meter. Detta kr?vde en snabb, precis och kompakt robot. Man beslutade att v?lja ett sextuplikat av den mycket precisa KR AGILUS f?r varje cell – konstruerad f?r extremt h?ga arbetshastigheter. F?rutom att roboten ?r m?ngsidig ?r hela systemet ?ven operativt mobilt. Den ?r inte bunden till n?gon fast plats i fabriken utan ?r snarare monterad p? tre st?lpl?tar och kan flyttas i sin helhet p? nolltid. ”Detta var en viktig faktor f?r oss eftersom produktionsprocesserna alltid beh?ver anpassas. Den h?r mobila l?sningen inneb?r att vi slipper produktionsstopp”, s?ger Christian Benzing.

Robotar flyttar de enskilda delarna genom cellen

Ventilerna till batterierna i elbilar tillverkas hos Benzing i ett treskiftssystem. En medarbetare initierar den automatiserade produktionsprocessen genom att mata in h?llardelarna i systemet via ett palleteringssystem. D?r plockar KR AGILUS upp en h?llardel och ?verf?r den till en ljusinspektionspunkt, d?r inspektionen utf?rs av en bildbehandlingskamera. Dessa kameror ?r en viktig del av inspektionsprocessen. Efter h?llardelen matas fj?dern in som ocks? m?ts innan den anv?nds. Slutligen tillf?rs l?sdelen som ?ven besiktigas. Om en del ?r defekt l?gger KR AGILUS den i en l?da som ?r avsedd f?r detta ?ndam?l.

De enskilda delarna plockas upp och ställs ner igen exakt vid överföringsstationer.

Maskinoperat?ren kan ingripa n?r som helst

N?r alla komponenter har inspekterats ?verf?r robotarna dem till monteringsstationen. ”D?r svetsas de med ultraljud – en h?g frekvens”, f?rklarar Dietmar Dengler, ?ven vd p? WAFIOS Tube Automation. De resulterande ?ngorna utvinns f?r att skydda personalen. En robot ?verf?r sedan de svetsade delarna till avgradningsstationen, som avl?gsnar svetsrester. En annan teststation ?r integrerad vid denna punkt. Om den f?rdiga komponenten uppfyller kraven genomg?r den ett l?ckagetest som utf?rs i ett heliumb?s. ”Om allt ?r OK f?rses komponenten med laserp?skrift och ?r redo f?r leverans”, s?ger Dengler. Operat?rer kan ocks? beg?ra enskilda komponenter f?r inspektion under processen om det anses n?dv?ndigt. N?r alla de automatiserade produktionsstegen har slutf?rts tar operat?ren bort de f?rdiga s?kerhetsventilerna.

Maskinoperatören kan ingripa när som helst medan säkerhetsventilerna tillverkas.

Gripdonen kr?ver maximal precision

Gripdonen som robotarna anv?nder f?r att plocka upp och s?tta ner de ?mt?liga enskilda delarna visade sig vara en utmaning. ”Fj?drarna har sex armar som b?js om man h?ller dem f?r h?rt”, f?rklarar Dengler. Men personerna p? WAFIOS Tube Automation ?r f?rtrogna med dessa krav p? griparverktyg och har d?rf?r sj?lva utvecklat dem f?r monteringscellen. Det omfattande styrsystemet, som anv?nds f?r att man?vrera anl?ggningen och de sex KR AGILUS-robotarna via en enda panel, utvecklades ocks? internt och har anv?nts av kunder i m?nga ?r nu. ”Operat?rerna programmerar helt enkelt styrsystemet, de beh?ver inte ha n?gon kunskap om robotar”, betonar Kühn.

Christian Benzing (mitten) förlitade sig på WAFIOS Tube Automation och dess verkställande direktörer Dietmar Dengler (vänster) och Boris Kühn (höger) för att implementera automatiseringslösningen.

För att vara den bästa leverantören inom detta område behöver vi fullständig kontroll över processen. Det får vi endast med automatisering.

Christian Benzing, verkställande direktör för Hugo Benzing GmbH & Co. KG

Medarbetarna p? Hugo Benzing GmbH & Co. KG ?r n?jda med automatiseringssystemet.Tack vare sina ”robotkollegor” har de anst?llda mer resurser till ?vrig produktionsverksamhet. Dessutom skulle det inte vara meningsfullt att tillverka s?kerhetsventilerna f?r hand p? grund av komplexiteten i monteringsprocessen, de m?nga testprocesserna och den kraftiga ?kningen av tillverkade enheter. F?retaget g?r d?rf?r ett betydande bidrag till elbilarnas fortsatta utbredning.