Uso de robôs para promover a eletromobilidade e fabricar válvulas de segurança para baterias

O aumento da eletromobilidade também está causando um grande crescimento na demanda por baterias e seus componentes. O fornecedor de produtos para automóveis, Hugo Benzing, com sede em Korntal-Münchingen, perto de Stuttgart, e que fabrica discos de ruptura de baterias, entre outros componentes, está sentindo os efeitos disso. Em caso de superaquecimento térmico, as válvulas reduzem a pressão na bateria, o que contribui significativamente para a segurança dos carros elétricos. A produção de válvulas é desafiadora e altamente sincronizada - e, por isso, ideal para soluções de automação.

A eletromobilidade está em ascensão. Os carros elétricos são movidos a eletricidade que pode ser produzida por fontes de energia renováveis, reduzindo assim as emissões de CO2 – uma etapa importante para a proteção do clima. Os tomadores de decisões da empresa de médio porte, Hugo Benzing GmbH & Co. KG, em Korntal-Münchingen, reconheceram rapidamente que a tendência para os veículos elétricos seria durável. O fabricante e líder mundial de elementos de segurança também percebeu que sua experiência seria útil para a fabricação de carros elétricos. Desse modo, os especialistas em segurança começaram a desenvolver membranas e discos de ruptura para baterias de carros elétricos. As válvulas de segurança patenteadas liberam a pressão para o ar ambiente em situações de superaquecimento térmico da bateria. Elas garantem a segurança da bateria e, consequentemente, do carro elétrico, evitando o aumento da pressão na bateria.

Foco na segurança no processo de produção

Para fabricar essa válvula de ventilação para a bateria do carro elétrico, são necessários controles de qualidade constantes ao longo de todo o processo de produção a fim de atender aos requisitos de segurança. A válvula é composta por três peças, que são montadas em uma célula de produção automatizada na Benzing. “Inicialmente, fabricávamos as válvulas à mão”, lembra o Diretor Administrativo, Christian Benzing. Mas logo ficou claro que a demanda da indústria de automóveis por essas válvulas de ventilação para carros elétricos cresceria significativamente.

No fornecedor de produtos para automóveis, Hugo Benzing, em Korntal-Münchingen, as válvulas de segurança para as baterias de lítio dos carros elétricos são produzidas por meio de um processo automatizado.

“Portanto, precisávamos de grandes quantidades”, diz Benzing. O enorme aumento da capacidade somente poderia ser alcançado com a automação. Ademais, agora as verificações de segurança podem ser padronizadas de acordo com processos definidos e programados, utilizando a tecnologia mais moderna. Foi aqui que a experiência da empresa de engenharia mecânica e automação, WAFIOS Tube Automation GmbH, com sede em Simonswald, na Floresta Negra, entrou em ação.

Dois milhões de válvulas por ano

“Recebemos o pedido para a primeira célula de automação em outubro de 2019. No ano seguinte, ela entrou em operação em Korntal”, diz Boris Kühn, Diretor Administrativo da WAFIOS Tube Automation, recordando os inícios da célula de automação. Desde 2023 que duas células praticamente idênticas estão em uso, produzindo um total de dois milhões de válvulas por ano. Seis robôs KUKA trabalham conjuntamente em cada unidade. Os robôs KR AGILUS montam a válvula de ventilação a partir de três peças individuais – uma peça de transporte, uma mola e uma peça de bloqueio.

Seis robôs KR AGILUS montam os discos de ruptura para baterias em uma célula de automação.

Os robôs também giram 360 graus. Foram realizados cálculos precisos a fim de garantir que eles não colidem durante os processos de trabalho, sendo os mesmos programados de acordo com sequências definidas. As estações de transferência, onde os robôs individualmente colocam e coletam as peças individuais, são a peça-chave para isso. A realização sucessiva de tarefas de coleta e colocação garante o trabalho contínuo na célula.

É exigida a máxima precisão ao agarrar as peças individuais.

A célula é móvel graças ao seu design modular

Existem duas razões pelas quais o especialista em automação escolheu os robôs da KUKA para o pedido da Benzing: em primeiro lugar, a WAFIOS Tube Automation é parceira de sistemas do especialista em robôs da Augsburg desde 2013 e, em segundo lugar, a Benzing já tinha recorrido à KUKA para outros processos de automação, tendo obtido experiências muito positivas. São realizados numerosos processos diferentes em alta velocidade na célula de sete por cinco metros. Isso exigiu um robô rápido, preciso e compacto. Decidiu-se optar por uma sextuplicação do KR AGILUS altamente preciso para cada célula - projetado para velocidades de trabalho extremamente altas. Para além da versatilidade do robô, todo o sistema também é operacionalmente móvel. Ele não está em um local fixo na fábrica, estando montado em três placas de aço e podendo ser realocado na sua totalidade em pouco tempo. “Esse foi um fator importante para nós, já que os processos de produção sempre precisam ser adaptados. Essa solução móvel significa que não temos nenhum tempo de inatividade na produção”, diz Christian Benzing.

Os robôs movimentam as peças individuais pela célula

As válvulas para as baterias dos carros elétricos são fabricadas na Benzing em um sistema de três níveis. Um funcionário inicia o processo de produção automatizado colocando as peças transportadas no sistema por meio de um mecanismo de paletização. Em seguida, o KR AGILUS coleta uma peça transportada e a transfere para um ponto de inspeção leve, onde a verificação é realizada por uma câmera de processamento de imagens. Essas câmeras são uma parte importante do processo de inspeção. Após o transporte, é inserida a mola, que também é calibrada antes de ser usada. Finalmente, é fornecida e inspecionada a peça de bloqueio. Se uma peça tiver defeito, o KR AGILUS a separa para uma caixa fornecida para esse fim.

As peças individuais são coletadas e colocadas novamente com precisão nas estações de transferência.

O operador da máquina pode intervir a qualquer momento

Assim que todos os componentes tiverem sido inspecionados, os robôs os transferem para a estação de montagem. “Aí, eles são soldados usando ultrassom - uma alta frequência”, explica Dietmar Dengler, também Diretor Administrativo da WAFIOS Tube Automation. Os vapores produzidos são extraídos a fim de proteger os funcionários. Em seguida, um robô transfere as peças soldadas para a estação de rebarbação, que remove os resíduos de solda. Nesse ponto, é integrada outra estação de testagem. Se o componente acabado atender aos requisitos, ele será sujeito a um teste de vazamento, que é realizado em uma cabine de hélio. “Se tudo estiver correto, o componente é gravado a laser e está pronto a ser usado”, diz Dengler. Os operadores também podem requerer a inspeção de componentes individuais durante o processo, se necessário. Depois de concluídas todas as etapas de produção automatizada, o operador remove as válvulas de segurança produzidas.

As garras requerem precisão máxima

As garras usadas pelos robôs para coletar e colocar as delicadas peças individuais provaram ser um desafio. “As molas têm seis braços que dobram se você as segurar com muita força”, explica Dengler. Porém, o pessoal da WAFIOS Tube Automation está familiarizado com esses requisitos para as garras e, portanto, desenvolveu essas ferramentas para a célula de montagem. O sistema de controle abrangente, que é usado para operar o sistema e os seis robôs KR AGILUS por meio de um único painel, também foi desenvolvido internamente e tem sido usado por clientes já há muitos anos. “Os operadores simplesmente programam o sistema de controle, não sendo necessário ter nenhum conhecimento sobre robôs”, destaca Kühn.

Christian Benzing (centro) optou pela WAFIOS Tube Automation para implementar a solução de automação - juntamente com os Diretores Administrativos Dietmar Dengler (à esquerda) e Boris Kühn (à direita)

Para sermos o melhor fornecedor nessa área, precisamos ter controle total sobre o processo. Isso somente pode ser alcançado com a automação.

Christian Benzing, Diretor Administrativo da Hugo Benzing GmbH & Co. KG

Os funcionários da Hugo Benzing GmbH & Co. KG estão satisfeitos com o sistema de automação.Graças aos seus “colegas robôs”, os funcionários têm mais recursos para outras atividades de produção.Além do mais, não faria sentido fabricar manualmente as válvulas de segurança devido à complexidade do processo de montagem, aos numerosos processos de testagem e ao acentuado aumento da produção. Assim, a empresa está fazendo uma contribuição significativa para a expansão contínua dos carros elétricos.