Az Internet Explorer kereső egy régebbi verzióját használja. Az optimális megjelenítés érdekében kérjük, frissítse keresőjét.
Akkumulátorcella gyártás mini-környezetben: rugalmas automatizálás a száraztérben
Az e-mobilitástól a kommunikációs és orvosi technológián át egészen az intelligens szerszámokig vagy háztartási készülékekig: Az iparnak egyre több akkumulátorcellára van szüksége. Ezek „gigaméretű” üzemekben történő gyártása azonban hatalmas energiaigényeket támaszt. Ráadásul a nagy gyártósorok nagyon rugalmatlanok. A KIT wbk. gyártástechnikai intézetében most sikeresen teszteltek egy lehetséges alternatívát. A módszer: Folyamat-körülzárás mini-környezetekben. Ennek egyik főszereplője: A KUKA robotjai.
Az akkumulátorcellák gyártásának jövője: energiahatékony tiszta- és szárazterek
A Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) wbk gyártástechnológiai intézete már most is előretekintő akkumulátorgyártással foglalkozik. Annak érdekében, hogy ezek rugalmasabbak és hatékonyabbak legyenek, az AgiloBat projekt keretében a kutatók agilis cellagyártást dolgoztak ki a lítium-ion akkumulátorok számára: A robot-alapú, mini-környezetben végzett automatizálás segítségével olyan mértékű rugalmasságot sikerült elérni, ami korábban csak a manufaktúrákban volt lehetséges.
A KR 4 AGILUS a KIT egyik robotcellájában működik.
A testreszabható folyamatok és programmódosítások lehetővé teszik a legkülönfélébb cellageometriák előállítását a száraztérben anélkül, hogy a berendezés nehéz átalakítására lenne szükség. A kutatók ehhez speciális robotcellákat fejlesztettek ki, amelyek jellegük és kivitelük tekintetében világújdonságot jelentenek. Ezeket az Exentec Germany GmbH, az Exyte csoport egyik vállalata tervezte és építette. Az Exyte, amely a Stuttgartban székhellyel rendelkező építőipari és berendezésgyártó vállalat, fenntartható és különleges tisztaságú gyártóberendezéseket tervez és kínál a csúcstechnológiát képviselő iparágak számára, beleértve a félvezető- és akkumulátorgyárakat, adatközpontokat vagy a biofarma-ipart. Az Exentec egyik prioritását a tiszta- és szárazterek képezik. Másképpen, Nicole Neub, az Exentec akkumulátortechnológiai részlegének igazgatójának szavaival: „Felelősek vagyunk a szükséges száraz levegőértaz akkumulátorgyártási folyamatban.”
Ebből a videóból megtudhatja, hogyan működik a folyamat-körülzárás mini-környezetben a gyakorlatban.
Minden folyamatlépés mini-környezetben zajlik
Köztudott, hogy a környezeti levegő csak nagyon kevés páratartalmat tartalmazhat az akkumulátorcellák gyártása során. Pontosabban: Annak érdekében, hogy az akkumulátorok érzékeny anyagainak feldolgozása során ne következzen be oxidáció vagy ne alakuljanak ki nedvességtartalmú zárványok, a relatív páratartalom általában kevesebb, mint 1 %. Az ennél magasabb érték később minőségi problémákhoz vagy akár az akkumulátorok kritikus meghibásodásához is vezethet.
A robotcellákban a relatív páratartalom általában kevesebb, mint 1 százalék.
A szükséges szárazságot úgynevezett mini-környezetekben állítják elő. „Ennek során a gyártás és a kapcsolódó gépek egyes folyamatlépéseit körülzárjuk, és a szűrt levegőt közvetlenül a folyamathoz vezetjük” – magyarázza Nicole Neub. „Ez valóban csak a gép számára szükséges mennyiségű, tiszta és száraz levegőt biztosít - nem pedig használhatatlanul nagy mennyiséget az egész gyártócsarnokban.” Az akkumulátorcellák ipari tömeggyártása során általában az egész gyártási területet szárítóhelyként használják, ami nem lenne szükséges az egyes folyamatokhoz, és nagy mennyiségű energiát igényel.
Extrém száraz levegő: A folyamat-körülzárással lehetséges
Az AgiloBat projektben ez olyan konténerszerű dobozokkal történik, ahol legfeljebb -50 °C a harmatpont. „Ennek semmi köze a termelési környezet hőmérsékletéhez” – nyilatkozta Sebastian Henschel, az AgiloBat projekt műszaki vezetője a KIT wbk gyártástechnikai intézetétől. Ehelyett a harmatpont azt a hőmérsékletet jelzi, amelyre le kell hűteni a levegőt, hogy a nedvességet kondenzálja. Leírás: Minél mélyebb a harmatpont, annál szárazabb a levegő. „Ha a harmatpont -50 °C, az egymillió levegőmolekulára eső mennyiség kevesebb, mint 100 vízmolekula” - magyarázza Henschel. „Ez egy százalék alatti relatív páratartalomnak felel meg.”
A KUKA robotjaival ipari pontosságot értünk el – olyan rugalmasságot, amelyet egyébként csak a kézi gyártásból ismerünk.
Az ember elválik a folyamattól – az innovatív automatizálásnak köszönhetően
A legfontosabb tényezőt a személyzet alkotja: „Mi, emberek 80%-ban vízből állunk, ami egy ilyen eljárás során minden, csak nem hasznos” – mondja Henschel. „Még abszolút nyugalmi állapotban is óránként legalább 120 gramm tiszta nedvességet lélegezünk ki” – egészíti ki Nicole Neub. „Ezek olyan nedvességmennyiségek, amelyek jelentősen negatívan befolyásolják például a -50°C-os, stabil harmatpontot.” Ezért ahhoz, hogy a termelési környezet megfelelően száraz maradjon, az embereket a lehető legnagyobb mértékben ki kell zárni ebből. Pontosan ez az Exentec megközelítése: „Mini-környezetünkben, a körülzárás révén következetesen elválasztjuk az embereket a folyamattól” - magyarázza Nicole Neub. „Ez természetesen csak akkor megy, ha a folyamat teljesen automatizált.” És itt jönnek a képbe a KUKA robotjai.
A két KR SCARA és a KR CYBERTECH nano a lehető legnagyobb hatékonysággal és pontossággal működnek együtt a mini-környezetben.
Számos sikeres ügyfélprojekt szól a KUKA mellett
Az AgiloBat keretében négy KR CYBERTECH nano, egy KR 4 AGILUS és a cellatároláshoz két KR SCARA kerül bevetésre - a projektfelelősök legnagyobb megelégedésére. „Az akkumulátorcellák gyártói évek óta nagy mennyiségben használják a KUKA robotokat a száraztérben, hogy csökkentsék a munkatársak általi környezetszennyezést és javítsák a gyártási minőséget” - mondja Thomas Schmidberger, a KUKA üzletfejlesztési igazgatója. A KUKA munkatársai már jó ideje folytatnak eszmecserét az akkumulátorgyártókkal azok száraztér-környezetekre vonatkozó technológiai követelményeiről. „A száraztérben lévő termékeinkre vonatkozó követelmények számos sikeres ügyfélprojektből jól ismertek, és folyamatosanelemzik őket a vezető ipari szakértőkkel közösen” - hangsúlyozza Schmidberger. Vezető robotgyártóként a KUKA a robotok szárazterekben történő alkalmazásához történő tanúsításán dolgozik.
A KIT kutatói által kifejlesztett robotcellák világújdonságot jelentenek.
A KUKA-robotok megbirkóznak a száraztérben jelentkező különleges kihívásokkal
A száraztérben történő alkalmazás ugyanis különleges kihívásokat jelent a robotok számára. Így a rendkívül alacsony páratartalom nagyobb kopáshoz vezethet. Ez különösen vonatkozik a lágyítókat tartalmazó anyagokra, például a tömítésekre vagy a kábelcsatlakozásokra: Hosszú távú alkalmazás esetén az anyagok a száraztérben gyorsabban porózussá válhatnak, a legkedvezőtlenebb esetben pedig még el is törhetnek.
A KUKA robotjai megbirkóznak a száraz térben jelentkező különleges kihívásokkal.
Azonban a kenőzsírok is ronthatják a működőképességet, mert elveszítik a vízkomponenseket. Speciális kihívások még – amelyeket a KUKA figyelembe vesz: Az augsburgi automatizálási szakértők már 2020 óta tapasztalatokat szereztek több mint 10.000, akkumulátorcellák gyártásával foglalkozó robottal, amelyek közül több mint 1.000 a száraztéri alkalmazásokban található. Az ügyfelek visszajelzése mindenképpen pozitív.
Az akkumulátorcellák gyártói évek óta használnak KUKA robotokat a száraztérben a környezetszennyezés csökkentése és a gyártási minőség növelése érdekében.
A megismételhetőség és a pontosság találkozása a rugalmassággal
Az automatizálással, mini-környezetben végzett eljárás azonban nemcsak az akkumulátorcellák gyártása, hanem sok más ágazat számára is érdekes: „A félvezetőágazatban ez a kérdés alapvető fontosságú, csakúgy, mint a gyógyszeriparban” - ismertette Nicole Neub az Exentec-től. Itt a KUKA széles termékpalettája előnyei teljes mértékben kihasználhatók: Sokoldalúságuk és rugalmasságuk révén a robotok egymástól teljesen különböző területeken, termékekhez és környezetekben felhasználhatók.
A KR CYBERTECH nano rugalmasan illeszkedik a rendszerbe.
Ezt igazolta a KIT projektje is: „Egy maximálisan rugalmas rendszert akartunk kialakítani azáltal, hogy különböző gyártási modulokon keresztül különböző folyamatlépéseket dolgoztunk ki, majd összekapcsoltuk őket egymással” - meséli Sebastian Henschel, az AgiloBat műszaki vezetője. „Ebben a tekintetben a KUKA robotjai teljes mértékben beváltak. Segítségükkel sikerült elérnünk az ipari megismételhetőséget és pontosságot - egy olyan mértékű rugalmassággal együtt, amelyet egyébként csak a kézi gyártásból ismerünk.”
Vonzó termelési lehetőség, kis- és középvállalkozások számára is
Ezek a jellemzők különösen vonzóak a kkv-k számára - nem véletlen, hogy a KIT csapata az AgiloBat-nál közepes méretű gép- és berendezésgyártókkal működött együtt. A mini-környezet és az automatizálás lehetővé teszi, hogy versenyképes berendezéstechnikát kínáljanak a kritikus folyamatlánc mentén, száraztérrel rendelkező termelési környezetekben. Az AgiloBat eredményei lehetővé teszik az akkumulátorcellák rugalmasgyártását és az új anyagrendszerek ipari termeléssel történő tesztelését kis mennyiségű anyaggal. „Végezetül azt sem szabad elfelejtenünk, hogy az akkumulátorgyártás ezen kémiai folyamatlépéseiben kritikus anyagokkal dolgoznak” – mondja Thomas Schmidberger. „A robotalapú automatizálás a mini-környezet használatával kombinálva védi a munkavállalók egészségét is.”
A KUKA összes komponenséhez hasonlóan a KR CYBERTECH nano is teljesítette a követelményeket az AgiloBat projektben, a kutatók teljes megelégedésére.
A mini-környezet és ezáltal az ember és a folyamat következetes szétválasztása jelentősen csökkentheti a jelenlegi költségeket.
Jelentős megtakarítás a jelenlegi költségek és erőforrások tekintetében
Az AgiloBat-nál alkalmazott termelési eljárások azonban mindenekelőtt jelentős erőforrásokat takaríthatnak meg - mégpedig két szempontból: Először is, a hagyományos termelésnél lényegesen kevesebb energiára van szükség. „A „gigaméretű” üzemekben a teljes energiaszükséglet 25-40%-a kizárólag a száraztér feltételeinek megteremtésére irányul. Eközben pedig állandóan szárítjuk a levegőt a száraztérben tartózkodó emberek által folyamatosan kibocsátott nedvesség kivonása érdekében” - mondja Nicole Neub. „A mini-környezet, és ezáltal az ember és a folyamat következetes szétválasztása jelentősen csökkentheti ennek mértékét, és ezáltal a jelenlegi költségeket, az OPEX-et is.” Másodszor, a használhatatlan selejtek száma is jelentősen csökken: „A nagy berendezéseknél, még akkor is, ha már bejáratottak, részben 15-20 százalék volt a selejtanyag előfordulása, amelyet el kell dobni vagy újrahasznosítani kell” – számolt be Sebastian Henschel, a wbk intézet munkatársa. „Ezt a kvótát is jelentősen csökkenthetjük a termelés rugalmasabbá tételével.” A KUKA robotjai ezt teszik lehetővé!
További információk a KUKA robotikáról az akkumulátorgyártásban:
A cellától a csomagolásig: Automatizálja akkumulátorgyártását intelligens módon, a KUKA robotjaival!
