Produkcja ogniw akumulatorowych w Mini Environment: elastyczna automatyzacja w suchych pomieszczeniach

Od e-mobilno?ci, poprzez technologie komunikacyjne i medyczne, po inteligentne narz?dzia lub urz?dzenia gospodarstwa domowego: Przemys? potrzebuje coraz wi?cej ogniw akumulatorowych. Jednak ich produkcja w gigafabrykach zu?ywa ogromne ilo?ci energii. Ponadto du?e linie produkcyjne s? bardzo nieelastyczne. Mo?liwa alternatywa zosta?a pomy?lnie przetestowana w instytucie wbk Institut für Produktionstechnik w KIT. Rozwi?zanie: specjalna obudowa procesowa w Mini Environments. W jednej z g?ównych ról: roboty KUKA.

Przysz?o?ciowa produkcja ogniw akumulatorowych: energooszcz?dne pomieszczenia sterylne i suche

W wbk Institut für Produktionstechnik w Instytucie Technologii w Karlsruhe (KIT) ju? teraz odbywa si? przysz?o?ciowa produkcja akumulatorów. Aby uczyni? j? bardziej elastyczn? i wydajn?, w ramach projektu AgiloBat naukowcy stworzyli elastyczn? cel? do produkcji akumulatorów litowo-jonowych: Dzi?ki zrobotyzowanej automatyzacji w Mini Enivronments osi?gni?to elastyczno??, która do tej pory by?a mo?liwa tylko w fabryce.

KR 4 AGILUS w akcji w jednej z cel zrobotyzowanych w KIT.

Dzi?ki dopasowanym procesom i zmianom programowym mo?na produkowa? ró?ne geometrie modu?ów w suchych pomieszczeniach – bez konieczno?ci kosztownej przebudowy instalacji. W tym celu naukowcy opracowali specjalne cele zrobotyzowane, które pod wzgl?dem w?a?ciwo?ci i wykonania s? nowo?ci? na ?wiecie. Zosta?y one zaprojektowane i zbudowane przez Exentec Germany GmbH, przedsi?biorstwo nale??ce do grupy Exyte Group. Exyte to niemieckie przedsi?biorstwo z siedzib? w Stuttgarcie, specjalizuj?ce si? w technikach i instalacjach budowlanych, które projektuje, planuje i udost?pnia zrównowa?one oraz ultralekkie instalacje produkcyjne dla przemys?u High-Tech, taki jak m. in. fabryki pó?przewodników i akumulatorów, centra danych lub instalacje dla przemys?u biofarmaceutycznego. Jednym z priorytetów firmy Exentec s? pomieszczenia sterylne i suche. Cytuj?c Nicole Neub, dyrektork? dzia?u technologii akumulatorów w firmie Exentec: ?Jeste?my odpowiedzialni za suche powietrze w procesie produkcji akumulatorów.”

Ka?dy etap procesu w Mini Environment

Wiadomo, ?e w przypadku produkcji ogniw akumulatorowych musi panowa? bardzo niska wilgotno?? powietrza. A dok?adniej: aby podczas obróbki delikatnych materia?ów akumulatorowych nie dosz?o do utlenienia lub przenikania wilgoci, wzgl?dna wilgotno?? powietrza wynosi zazwyczaj mniej ni? 1 procent. Je?li b?dzie ona wy?sza, mo?e to spowodowa? pó?niejsze problemy z jako?ci?, a nawet krytyczne awarie akumulatorów.

Z regu?y wzgl?dna wilgotno?? powietrza w modu?ach robotów wynosi mniej ni? 1 procent.

Wymagane suche powietrze jest wytwarzane w tzw. Mini Environments. ?Dzi?ki temu poszczególne etapy procesu produkcji i zwi?zane z nimi maszyny ograniczaj? si? do jednego modu?u, a filtrowane powietrze jest doprowadzane bezpo?rednio do procesu” – wyja?nia Nicole Neub. ?W tym przypadku tylko maszyna jest zasilana czystym i suchym powietrzem – a to oznacza brak niewykorzystanych du?ych ilo?ci powietrza w hali produkcyjnej.” W przemys?owej produkcji masowej ogniw akumulatorowych wi?ksz? cz??? powierzchni produkcyjnych zajmuje sucha przestrzeń, która wprawdzie nie jest wykorzystywana w poszczególnych procesach, ale wymaga du?ych ilo?ci energii.

Ekstremalnie suche powietrze: dzi?ki specjalnej obudowie procesowej

W projekcie AgiloBat odbywa si? to w kontenerowych skrzyniach, w których panuje punkt rosy do -50°C. ?Nie ma on nic wspólnego z temperatur? otoczenia produkcyjnego” – wyja?nia dyrektor techniczny projektu AgiloBat Sebastian Henschel z wbk Institut für Produktionstechnik w KIT. Zamiast tego punkt rosy wskazuje temperatur?, do której powietrze musi zosta? sch?odzone, aby skondensowa? wilgo?. Oznacza to, ?e: im ni?szy punkt rosy, tym bardziej suche powietrze. ?Gdy punkt rosy wynosi -50°C, w milionie cz?steczek powietrza znajduje si? mniej ni? 100 cz?steczek wody” – dodaje Henschel. ?Odpowiada to wzgl?dnej wilgotno?ci powietrza znacznie poni?ej jednego procenta.”

Dzi?ki robotom KUKA osi?gn?li?my dok?adno?? przemys?ow? – a tak?e elastyczno??, któr? znali?my do tej pory tylko z produkcji r?cznej.

Sebastian Henschel, kierownik techniczny AgiloBat w KIT

Cz?owiek zostaje wykluczony z procesu – dzi?ki innowacyjnej automatyzacji

Decyduj?cym czynnikiem okazali si? pracownicy: ?My, czyli ludzie sk?adamy si? w 80% z wody, co nie jest po??dane w tego typu procesach” – mówi Henschel. ?Nawet je?li jeste?my bardzo spokojni, w ci?gu godziny wydychamy co najmniej 120 g wilgotnego powietrza” – Nicole Neub. ?S? to ilo?ci wilgoci, które negatywnie wp?ywaj? na stabilny punkt rosy wynosz?cy przyk?adowo -50°C.” Aby ?rodowisko produkcyjne by?o wystarczaj?co suche, nale?y w miar? mo?liwo?ci wykluczy? z niego ludzi. Takie jest g?ówne za?o?enie firmy Exentec: ?W naszym Mini Environment konsekwentnie oddzielamy ludzi od procesu za pomoc? specjalnej obudowy” – wyja?nia Nicole Neub. ?Oczywi?cie jest to mo?liwe tylko wtedy, gdy wszystko jest ca?kowicie zautomatyzowane.” I tutaj do akcji wkraczaj? roboty KUKA.

Dwa roboty KR SCARA i KR CYBERTECH nano wspó?pracuj? ze sob? z niezwyk?? wydajno?ci? i precyzj? w Mini Environment.

Liczne udane projekty klientów przemawiaj? za firm? KUKA

W ramach AgiloBat stosowane s? cztery roboty KR CYBERTECH nano, jeden robot KR 4 AGILUS i dwa roboty KR SCARA?do uk?adania modu?ów – ku zadowoleniu kierownika projektu. ?Producenci ogniw akumulatorowych od lat stosuj? roboty KUKA w pomieszczeniach suchych, aby ograniczy? negatywny wp?yw pracowników na otoczenie i zwi?kszy? jako?? produkcji” – mówi Thomas Schmidberger, Business Development Manager w firmie KUKA. Firma KUKA od pewnego czasu wspó?pracuje z producentami akumulatorów w zakresie spe?nienia wymogów technicznych dotycz?cych ?rodowisk i pomieszczeń suchych. ?Wymagania wzgl?dem naszych produktów w pomieszczeniach suchych s? nam doskonale znane z wielu udanych projektów klientów i s? na bie??co analizowane we wspó?pracy z wiod?cymi ekspertami przemys?owymi” – podkre?la Schmidberger. Firma KUKA jako wiod?cy producent robotów pracuje nad certyfikacj? robotów do pomieszczeń suchych.

Modu?y robotów, opracowane przez badaczy z KIT, s? nowo?ci? na ?wiecie.

Roboty KUKA spe?niaj? szczególne wymagania pomieszczeń suchych

Praca w suchym pomieszczeniu wi??e si? z wieloma wyzwaniami. Panuj?ca w nich ekstremalnie niska wilgotno?? powietrza mo?e prowadzi? do wi?kszego zu?ycia. Dotyczy to zw?aszcza materia?ów zawieraj?cych zmi?kczacze np. uszczelek lub po??czeń kablowych: W przypadku d?ugotrwa?ego stosowania w pomieszczeniu suchym mog? one szybciej sta? si? porowate, a w najgorszym przypadku bardziej podatne na p?kni?cia.?

Równie? smary mog? utraci? swoje w?a?ciwo?ci z powodu utraty sk?adników na bazie wody. To w?a?nie te szczególne wymagania, które s? brane pod uwag? przez firm? KUKA: Od 2020 roku eksperci od automatyzacji z Augsburga zbieraj? do?wiadczenia w tym obszarze dzi?ki wykorzystaniu ponad 10 000 robotów w produkcji modu?ów akumulatorowych, z których ponad 1000 pracowa?o w pomieszczeniach suchych. Rezultaty u klientów wypad?y bardzo pozytywnie.

Producenci ogniw akumulatorowych od lat wykorzystuj? roboty KUKA w pomieszczeniach suchych, aby ograniczy? negatywny wp?yw otoczenia i zwi?kszy? jako?? produkcji.

Thomas Schmidberger, Business Development Manager w firmie KUKA

Powtarzalno?? i dok?adno?? w po??czeniu z elastyczno?ci?

Dzi?ki automatyzacji produkcja w Mini Environments jest nie tylko interesuj?ca dla produkcji ogniw akumulatorowych, lecz równie? dla wielu innych bran?: ?Jest to kluczowy temat w obszarze pó?przewodników, podobnie jak w przemy?le farmaceutycznym” – mówi Nicole Neub z Exentec. Pozwala on w pe?ni wykorzysta? zalety szerokiej gamy produktów KUKA: Dzi?ki ich wszechstronno?ci i elastyczno?ci mo?na stosowa? roboty do zupe?nie ró?nych obszarów, produktów i ?rodowisk.?

KR CYBERTECH nano elastycznie dopasowuje si? do systemu.

Dowodzi tego projekt KIT: ?Chcieli?my stworzy? maksymalnie elastyczny system poprzez odwzorowanie poszczególnych etapów procesu za pomoc? ró?nych modu?ów produkcyjnych, a nast?pnie po??czenie ich w jedn? ca?o??” – mówi Sebastian Henschel, dyrektor techniczny AgiloBat. ?Roboty KUKA doskonale sobie z tym poradzi?y. Dzi?ki nim uzyskali?my przemys?ow? powtarzalno?? i dok?adno?? – w po??czeniu z elastyczno?ci?, któr? znali?my do tej pory tylko z produkcji r?cznej.”

Atrakcyjne rozwi?zanie produkcyjne równie? dla ma?ych i ?rednich przedsi?biorstw

Te cechy s? szczególnie atrakcyjne dla sektora M?P – nieprzypadkowo zespó? KIT wspó?pracowa? przy projekcie AgiloBat ze ?redniej wielko?ci producentami maszyn i instalacji. Mini Environments i automatyzacja pozwalaj? na oferowanie im konkurencyjnej technologii instalacji wzd?u? krytycznego ?ańcucha procesów w suchych ?rodowiskach produkcyjnych. Wnioski z projektu AgiloBat pozwalaj? na elastyczn? produkcj? ogniw akumulatorowych oraz nowych systemów materia?ów w ramach produkcji przemys?owej przy u?yciu ma?ej ilo?ci materia?ów. ?Nie mo?emy te? zapomina?, ?e podczas tych procesów chemicznych w produkcji akumulatorów wykorzystywane s? substancje krytyczne” – mówi Thomas Schmidberger. ?Automatyzacja oparta na pracy robotów w po??czeniu z zastosowaniem Mini Environments dba o zdrowie pracowników.”

Podobnie jak wszystkie inne komponenty KUKA, tak i robot KR CYBERTECH nano w projekcie AgiloBat spe?ni? wszystkie wymagania stawiane przez naukowców.

Mini Environment, czyli konsekwentne oddzielenie cz?owieka od procesu, znacznie obni?a koszty bie??ce.

Nicole Neub, dyrektorka ds. technologii akumulatorów w firmie Exentec

Znaczna oszcz?dno?? kosztów bie??cych i zasobów

Jednak przede wszystkim procesy produkcyjne, zastosowane w AgiloBat, zapewniaj? wi?ksz? oszcz?dno?? zasobów – i to na dwa sposoby: Po pierwsze potrzeba znacznie mniej energii ni? w przypadku tradycyjnej produkcji. ?W gigafabrykach od 25 do 40% ca?kowitego zapotrzebowania na energi? przeznacza si? wy??cznie na zapewnienie warunków pomieszczenia suchego. Przy okazji stale osuszane jest te? powietrze, które jest nawil?ane przez ka?dego cz?owieka znajduj?cego si? w suchym pomieszczeniu” – mówi Nicole Neub. ?Dzi?ki Mini Environments, czyli konsekwentnemu oddzieleniu cz?owieka od procesu, mo?na znacz?co zmniejszy? t? liczb?, a tym samym równie? koszty bie??ce, czyli OPEX.” Po drugie znacznie ograniczamy niewykorzystan? ilo?? powietrza: ?W przypadku du?ych instalacji, nawet je?li zosta?y one zintegrowane, mamy od 15 do 20 procent odpadów, które musz? zosta? zutylizowane lub poddane recyklingowi” – przewiduje Sebastian Henschel z wbk. ?Równie? te liczby mo?emy znacznie zredukowa? dzi?ki bardziej elastycznej produkcji.” A wszystko dzi?ki robotom KUKA!