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ロボットを使ってエレクトロモビリティを推進し、バッテリーの安全バルブを構築する

エレクトロモビリティのブームにより、バッテリーやバッテリー部品の需要も急増しています。シュトゥットガルト近郊のコーンタール=ミュンヒンゲンに本拠を置き、バッテリー破裂ディスクなどを製造している自動車部品サプライヤー、Hugo Benzing社は、この影響を実感しています。熱によるオーバーヒートが発生すると、バルブがバッテリー内の圧力を下げるため、電気自動車の安全性に大きく貢献します。バルブの生産は困難で高度に同期しているため、自動化ソリューションに最適です。


エレクトロモビリティは発展の一途をたどっています。電気自動車は、再生可能エネルギーで生産された電気で走るため、CO2排出量を削減することができます。これは温暖化防止に向けた重要な一歩です。コーンタール=ミュンヒンゲンの中堅企業Hugo Benzing GmbH & Co. KG社は、電気自動車への流れが永続的なものであることをすぐに認識しました。世界有数の安全部品メーカーも、その専門知識が電気自動車の製造に役立つことに着目しました。そこで安全専門家たちは、電気自動車バッテリー用のラプチャー膜とラプチャーディスクの開発に着手しました。特許取得済みの安全バルブは、バッテリーが熱でオーバーヒートした場合、圧力を周囲に放出します。バッテリー内の圧力上昇を防ぐことで、バッテリーの安全性、ひいては電気自動車の安全性を確保しています。

エレクトロモビリティ・バッテリー生産の自動化

自動化は、エレクトロモビリティ分野におけるバッテリー用ラプチャーディスクの生産効率を向上させ、生産における精度や数量の増加といった課題を克服するのに貢献します。

生産工程における安全性の重視

電気自動車のバッテリー用ベントバルブを製造するためには、安全要件を満たすために、製造工程全体で一定の品質管理が必要とされます。バルブは3つの部品で構成され、 Benzingの自動生産セルで組み立てられます。「当初はバルブを手作業で製造していました」とマネージングディレクターのChristian Benzing(クリスチャン・ベンツィング)氏は当時を振り返ります。しかし間もなく、電気自動車用のベントバルブに対する自動車業界の需要が大きく伸びることが明らかになりました。
コーンタール=ミュンヒンゲンにある自動車部品サプライヤー、Hugo Benzing社では、電気自動車のリチウムバッテリー用安全バルブを自動工程で生産しています。
「そのため、大量生産が必要だったのです」とBenzing(ベンツィング)氏は述べまています。生産能力の大幅な向上は、自動化によってのみ達成できるものでした。さらに、安全チェックは、定義され、プログラムされたプロセスに従い、最新技術を駆使して標準化されるようになりました。そこで活躍したのが、ブラックフォレストのシモンスヴァルトに本拠を置く、機械エンジニアリングと自動化企業のWAFIOS Tube Automation GmbH社です。

年間200万個のバルブ

「2019年10月に最初の自動化セルを受注しました。翌年、コーンタールで稼働を開始しました」と、WAFIOS Tube Automation社のBoris Kühn(ボリス・キューン)マネージング・ディレクターは、自動化セルの初期を振り返って述べました。2023年以降、ほぼ同じセルが2つ使用され、合計で年間200万個のバルブが生産されています。各ユニットに6台のKUKAロボットが同時に動作します。KR AGILUS  ロボットは、ベントバルブを3つの部品(キャリア部品、スプリング部品、ロック部品)から組み立てます。
6台のKR AGILUSロボットが、自動化セルでバッテリー用ラプチャーディスクを組み立てています。
また、ロボットは360度回転することができます。作業工程中に衝突しないように緻密な計算が行われ、決められた順序に従ってプログラムされています。個々のロボットが個々の部品を置いたり、取り出したりするトランスファーステーションがその鍵なのです。ピック・アンド・プレース・タスクが連続的に実行されても、セル内での作業の妨げになることはありません。
個々の部品を把持する際には、最大限の精度が要求されます。

モジュール設計により、移動可能なセル

自動化のスペシャリストがBenzing社の注文にKUKAロボットを選んだ理由は2つあります。1つ目は、WAFIOS Tube Automation社が2013年以来、KUKAのシステムパートナーであること、2つ目は、Benzing社が以前、他の自動化プロセスでKUKAを信頼し、非常に高い評価を受けていたことです。7メートル×5メートルのセル内では、数多くの異なる工程が高速で行われています。そのため、高速で精密かつコンパクトなロボットが必要とされていました。超高速稼動用に設計された高精度のKR AGILUSを各セルに6つ使用することが決定されました。 ロボットが多用途であることに加え、システム全体が移動可能になっているため、工場内の固定された場所に縛られることなく、3枚の鋼板の上に設置されているため、瞬時に全体を移動させることができます。「生産工程は常に適応する必要があるため、これは当社にとって重要な要素でした。このモバイル・ソリューションのおかげで、生産のダウンタイムはありません」とChristian Benzing(クリスチャン・ベンツィング)は述べています。

ロボットがセル内で個々の部品を動かす

電気自動車のバッテリー用バルブは、Benzingの3段変速システムで製造されています。従業員は、パレタイジング システムを経由してキャリア部品をシステムに供給することで、自動生産プロセスを開始します。そこで、KR AGILUSがキャリア部品を回収し、光学検査ポイントに移動させ、そこで画像処理カメラによる検査が実施されます。これらのカメラは検査プロセスの重要な一部となっています。キャリアパーツの後、同じく使用前にゲージングされたスプリングが送り込まれます。最後にロック部分が供給され、これも検査が行われます。部品に欠陥がある場合、KR AGILUSはその部品のために用意された箱に分別します。
個々の部品は、搬送ステーションで正確に回収され、再び設置されます。

機械オペレータはいつでも介入可能

すべての部品の検査が終わると、ロボットはそれらを組立ステーションに搬送します。「そこで、高周波の超音波を使って溶接します」と、WAFIOS Tube Automationのマネージング・ディレクターでもあるDietmar Dengler(ディートマー・デングラー)氏は説明します。発生した蒸気は、従業員を保護するために除去されます。その後、ロボットが溶接部品をバリ取りステーションに搬送し、溶接残渣を除去します。もうひとつのテストステーションはこの地点に統合されています。完成した部品が要件を満たしていれば、ヘリウムブース内でリークテストを実施します。「問題がなければ、その部品にレーザー加工を施して完成です」と Dengler(デングラー)氏は述べました。オペレーターはまた、必要と判断されれば、工程中に個々の部品の検査を要求することもできます。自動化された生産工程がすべて完了すると、オペレーターは完成した安全バルブを取り外します。
安全バルブの製造中、機械オペレーターはいつでも介入することができます。

最高の精度が要求されるグリッパー

繊細な個々の部品を取り出したり下ろしたりするためにロボットが使用するグリッパーは、大きな課題であることが判明しました。「スプリングには6本のアームがあり、強く握りすぎると曲がってしまいます」とDengler(デングラー)氏は説明します。しかし、WAFIOS Tube Automation社の社員は、グリッパーツールに求められるこれらの要件を熟知しているため、自ら組み立てセル用にそれらを開発しました。システムおよび6台のKR AGILUSロボットを1つのパネルで操作するための包括的な制御システムも社内で開発され、長年にわたってお客様にご利用いただいています。「オペレーターは制御システムをプログラムするだけで、ロボットの知識は必要ありません」とKühn(キューン)氏は強調します。
Christian Benzing(クリスチャン・ベンツィング氏-中央)は、WAFIOS Tube Automationに自動化ソリューションの導入を依頼 - マネージング・ディレクターのDietmar Dengler(ディートマー・デングラー氏、左)と Boris Kühn(ボリス・キューン氏、右)

この分野で最高のサプライヤーとなるためには、工程を完全にコントロールする必要があります。これは自動化によってのみ達成することが可能です。

Christian Benzing(クリスチャン・ベンツィング)、Hugo Benzing GmbH & Co. KG社マネージングディレクター
Hugo Benzing GmbH & Co. KG社の従業員は自動化システムに満足しています。「ロボットの同僚」の存在により、従業員は他の生産活動により多くのリソースを割くことが可能になりました。さらに、組み立て工程の複雑さ、テスト工程の多さ、生産量の急激な増加のために、安全バルブを手作業で製造することは合理的とは言えません。そのため、同社は電気自動車の継続的な普及に大きく貢献しています

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