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使用机器人推动电动汽车发展并生产电池的安全阀

电动汽车的繁荣发展导致其对电池和电池部件的需求激增。总部位于科尔恩塔尔-明欣根(邻近斯图加特)的汽车配件供应商 Hugo Benzing 生产电池防爆片等组件,也感受到了这种影响。若电动汽车发生过热的问题,安全阀会降低电池中的压力,从而大大提高电动汽车的安全性。安全阀的生产面临挑战且高度同步化,因此,自动化解决方案是理想的选择。


电动汽车日趋普及。电动汽车采用电力驱动,而电力可由可再生能源产生,如此即可减少二氧化碳排放,这是保护气候的重要措施。科尔恩塔尔-明欣根的中型公司 Hugo Benzing GmbH & Co. KG 的决策者立刻意识到,电动汽车代表着势不可挡的长远发展趋势。这家世界领先的安全元件制造商也意识到,自己的专业知识在电动汽车的制造方面大有可用。因此,安全专家开始致力于研发电动汽车电池用的防爆膜和防爆片。若电池中出现过热问题,享有专利的安全阀可将压力释放到周围的空气中。通过防止电池中的压力升高,这些安全阀就可确保电池乃至电动汽车的安全。

电动汽车电池生产中的自动化

自动化可提高电动汽车领域电池防爆片的生产效率,并助力应对生产精度和提高产量等挑战。

注重生产流程中的安全

要生产电动汽车电池的这种排气阀,必须在整个生产流程中持续进行质量控制,以满足安全要求。阀门由三部分组成,在 Benzing 的自动化生产单元中完成组装。“我们最初是手工生产这种阀。”总经理 Christian Benzing 回忆说。然而,没多久他们便认识到,汽车行业对这些电动汽车排气阀的需求将大幅增长。
科尔恩塔尔-明欣根的汽车配件供应商 Hugo Benzing 采用自动化流程生产电动汽车锂电池的安全阀。
“所以,我们需要高产量。”Benzing 表示。只有借助自动化才可以实现产能飞跃。此外,现在可根据明确的已编程流程,并采用先进的技术实现安全检查的标准化。这正是机械工程和自动化公司 WAFIOS Tube Automation GmbH(位于黑森林区的西蒙斯瓦尔德镇)的专家大展拳脚的领域。

每年生产两百万个安全阀

“我们在 2019 年 10 月收到了首个自动化工作单元的订单。第二年,该工作单元就在科尔恩塔尔投入运行了。”WAFIOS Tube Automation 的总经理 Boris Kühn 回顾起此类工作单元的早期发展时说道。自 2023 年以来,两台大致相同的工作单元已投入使用,每年共计可生产两百万个安全阀。每个单元中六台 KUKA 机器人协同工作。KR AGILUS 机器人采用三种单独的部件组装排气阀:支座、弹簧和锁定件。
六台 KR AGILUS 机器人在自动化工作单元中组装电池防爆片。
机器人还可 360 度旋转。所进行的精确计算可确保机器人在工作流程中不发生碰撞,这些已根据定义的顺序进行编程。各个机器人放置和拾取单个部件的转移站是其中的关键。连续执行拾放任务可保证工作单元的不间断工作。
在夹持单独的部件时,要求具备最高精确度。

模块化设计成就了工作单元的可移动优势

WAFIOS Tube Automation 选择奥格斯堡的机器人专家 KUKA 的机器人来完成 Benzing 订单有两个原因:首先,自 2013 年以来,该自动化专家一直是 KUKA 的系统合作伙伴;其次,Benzing 以前依赖 KUKA 来执行其他自动化流程,并拥有非常积极的合作体验。工作单元的尺寸为 7 × 5 米,可高速执行许多不同的流程。这要求一种快速、精确且设计紧凑的小型机器人。最终决定为每个工作单元配备六台高度精确且专为极高工作速度设计的 KR AGILUS。除了机器人的多用途外,整个系统也具备移动性。该系统不会被限制在工厂的固定位置,而是安装在三块钢板上,能毫不费时地整体重新安放到新位置。“由于总是需要调整生产流程,这一优势无疑让我们大获裨益。有了这样的移动解决方案,我们再也不必面对代价高昂的停产时间。”Christian Benzing 表示。

机器人将移动单个部件通过工作单元

Benzing 采用三班制生产电动汽车的电池安全阀。员工通过堆垛系统将支座送入系统,从而启动自动化生产流程。KR AGILUS 将拾取一个支座,并送至光检点,通过图像处理摄像头执行检测。这些摄像头是检测流程的重要组成部分。在支座之后,将送入的弹簧,弹簧在使用前也会经过测量。最后,将提供和检测锁定件。如果部件有缺陷,KR AGILUS 会将其分拣到专用的盒子中。
单个部件会在转移站被拾取,然后再精确放下。

机器操作员随时都可进行干预

在检测所有组件后,机器人就会将它们转移至组装站。“在那里会使用高频超声波来焊接组件。”WAFIOS Tube Automation 的另一位总经理 Dietmar Dengler 解释说。所产生的蒸气会被抽走,以保护员工。然后,一台机器人会将焊接好的部件转移至去毛刺站,以去除焊接残留物。该位置还集成了另一个测试站。如果完成的组件符合要求,便在一个氦气室中进行密封测试。“如果一切正常,便对组件进行激光刻标,然后下线。”Dengler 表示。在生产流程中,如果操作员认为有必要,还可要求对单独的组件进行检测。一旦完成所有的自动化生产步骤,操作员就可取下造好的安全阀成品。
在生产安全阀期间,机器操作员随时都可进行干预。

抓手要求最高精确度

事实证明,机器人用于拾取和放置单个精密部件的抓手是一大挑战。“如果握得太紧,弹簧的 6 个臂杆会弯曲。”Dengler 解释道。但是,WAFIOS Tube Automation 的专家熟悉抓手工具的此类要求,并针对组装单元进行了自主开发。通过单一面板就能操作系统和六台 KR AGILUS 机器人的综合控制系统也是内部开发的,并且多年来得到客户的青睐和广泛使用。“操作员只需对控制系统进行编程,无需具备任何机器人知识。”Kühn 强调说。
Christian Benzing(中)以及两位总经理 Dietmar Dengler(左)和 Boris Kühn(右)选择了 WAFIOS Tube Automation 来实施自动化解决方案

要成为该领域首屈一指的供应商,我们必须完全掌控相关流程。只有通过自动化,我们才能得偿所愿。

Hugo Benzing GmbH & Co. KG 总经理 Christian Benzing
Hugo Benzing GmbH & Co. KG 的员工对自动化系统很满意。得益于他们的“机器人同事”,员工们现在拥有更多的资源来从事其他生产活动。此外,由于组装流程的复杂性、繁多的测试流程以及产量的剧增,以手工方式生产安全阀已行不通。因此,该公司对电动汽车持续的大规模普及做出了巨大贡献

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