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Aderência firme em peças flexíveis: KR CYBERTECH automatiza a montagem de conjuntos de baterias
Produzir baterias para veículos elétricos é uma questão perigosa. O motivo disso: a enorme tensão no contato elétrico de módulos de baterias. Junto com a KOSTAL Kontakt Systeme GmbH e a KUKA, a Liebherr-Verzahntechnik GmbH desenvolveu agora uma tecnologia com dois robôs da série KR CYBERTECH, com a qual é possível unir módulos de baterias de alta tensão de forma segura e eficiente.
A automa??o impulsiona a E-Mobility
Eles s?o silenciosos, abastecem cada vez mais eletricidade proveniente de fontes de energia renováveis, geram menos emiss?es de CO2 e reduzem os custos de reparo e manuten??o: o futuro pertence aos veículos elétricos. Estima-se que, atualmente, mais de 27 milh?es de híbridos plug-in e carros elétricos circulam pelo mundo. E se, entre 2030 e 2035, inúmeros países grandes reduzirem a aprova??o de motores a combust?o, esse número aumentará significativamente. A KUKA percebeu cedo o potencial da eletromobilidade. Desde 2014 o especialista em automa??o de Augsburg otimiza o seu portfólio de produtos aos requisitos especiais, que devem ser atendidos na fabrica??o de componentes eletr?nicos para a indústria automotiva. Disso se beneficia também a Liebherr-Verzahntechnik GmbH em Kempten. Lá surgiu uma aplica??o com a ajuda de rob?s, que pode oferecer mais seguran?a e maior produtividade aos fabricantes de veículos elétricos e seus fornecedores. Por que, o que seria um carro elétrico sem o seu elemento central, a bateria?
Dois KR CYBERTECH nano ARC HW unem os módulos da bateria de alta tensão e elevam a segurança e a eficiência da produção de baterias a um novo patamar.
A montagem baseada em rob? proporciona maior seguran?a na produ??o de baterias de alta tens?o
A bateria de alta tens?o contém uma enorme quantidade de energia e é determinante para o raio de alcance e o tempo de recarga do veículo. A bateria HV consiste em vários módulos, que s?o conectados eletricamente entre si e ligados a um conjunto de baterias. Depois de conectados, estes sistemas de baterias atingem tens?es de saída entre 400 e 800 Volt de tens?o contínua. Contudo, as conex?es frequentemente usadas com barramentos elétricos, chamados de barramentos de bus, representam um risco de seguran?a para os colaboradores devido às superfícies de contato expostas.?
Ao mesmo tempo, os robôs se deslocam com os conectores de módulo encaixáveis para baixo até os módulos de baterias.
Como alternativa, pode-se usar conectores de módulo encaixáveis. A empresa do Allg?u, junto com a KOSTAL Kontakt Systeme GmbH e a ajuda de rob?s, desenvolveu um processo inovador para a montagem automatizada para conectores de módulo encaixáveis com cabos flexíveis. Conectores de módulo encaixáveis, isolados e flexíveis da empresa KOSTAL impedem o contato acidental com componentes energizados e podem ser inseridos de forma automatizada, apesar da sua alta elasticidade – na flexibilidade necessária e tempo de ciclo exigido.
Para produzir baterias de alta tensão de forma econômica em grandes quantidades, a automação exerce um papel-chave.
Eletromobilidade: uma inova??o genuína com rob?s de eixo oco e software especial
Dois KR CYBERTECH nano ARC HW por célula s?o responsáveis pelo procedimento de encaixe. Em outras situa??es, estes rob?s de eixo oco s?o usados sobretudo na solda com gás de prote??o. Contudo, o seu design compacto e grande raio de alcance, bem como a possibilidade de condu??o de cabos através do eixo da m?o, também os tornaram a escolha perfeita para esta aplica??o. Além disso, a equipe da Liebherr-Verzahntechnik GmbH escolheu o?pacote de software KUKA.RoboTeam. Ele permite a coopera??o sincronizada de dois ou mais rob?s. Assim, o programa e o movimento s?o combinados em tempo real entre si, para que até mesmo processos complexos – como a jun??o de pe?as flexíveis – possam ser realizados. Uma inova??o genuína para a área da eletromobilidade.
Em uma célula, dois KR CYBERTECH nano ARC HW inserem as conexões eletrônicas.
Os dois braços de robô trabalham juntos de forma síncrona na fabricação de baterias de alta tensão, controlados pelo pacote de software KUKA.RoboTeam.
A escassez de m?o de obra qualificada impulsiona a automa??o
A maioria dos passos no processo de produ??o de baterias atualmente já s?o executados de forma totalmente automática para atender os requisitos da indústria automotiva, por exemplo, tempos de ciclo, quantidades, qualidade e custos de produ??o. Além disso, a escassez de m?o de obra especializada impulsiona a forte tendência para a automa??o. Há cada vez menos profissionais dispostos a assumir uma tarefa t?o monótona, fisicamente fatigante e, ao mesmo tempo, exigente. A empresa KOSTAL Kontakt Systeme GmbH de Lüdenscheid, que fabrica e distribui conex?es de encaixe para a indústria automotiva desde 1938, percebeu uma lacuna de mercado aqui. Ela desenvolveu um conector de encaixe apropriado tanto para o encaixe manual como também para a automa??o. Martin Wolter, Gerente de Grupo de Desenvolvimento na KOSTAL, relata: "A seguran?a exerce um papel muito importante aqui – uma vez que se trata de contatos de alta tens?o, estes devem estar protegidos contra contato. Isso é comparável a uma tomada, também aqui os contatos s?o protegidos contra o contato acidental com os dedos. A diferen?a é que a conex?o de encaixe no veículo está sujeita a vibra??es, assim como a altas e baixas temperaturas."
Nosso sistema é muito robusto e transmite energia de forma segura durante toda a vida útil sob cargas alternantes.
O design esguio do KR CYBERTECH nano ARC HW permite que dois robôs caibam em uma célula compacta.
Marco para a eletromobilidade na montagem de conjuntos de baterias
Em seguida, a KOSTAL procurou por um especialista em automa??o para tornar o novo produto hábil para a produ??o seriada. A KOSTAL encontrou isso na Liebherr-Verzahntechnik GmbH em Kempten. Desde 1969, a empresa do Allg?u, fornece solu??es inovadoras a inúmeros fabricantes e fornecedores automotivos, mas também a clientes das áreas de constru??o de instala??es, aeroespacial e máquinas de constru??o.?
Viktor Bayrhof em frente à célula inovadora, que pôde ser apresentada no Battery Show já depois de um ano e meio.
Viktor Bayrhof, Gerente de Produto para Sistemas de Automa??o, relata: "Era uma situa??o vantajosa para todos. Nós, como jogador relativamente novo na área de montagem de baterias, encontramos um Ponto de Venda Exclusivo e a empresa KOSTAL encontrou alguém que automatiza o seu produto." O pessoal do Allg?u coopera estreitamente com a KUKA há mais de dez anos. As três empresas come?aram a trabalhar juntas e, depois de um ano e meio, a nova célula de rob? p?de ser exibida no Battery Show, em Stuttgart.
Montagem: Rob?s encaixam cabos flexíveis
Ali atraíram muita aten??o para si. Pois os conectores de módulo encaixáveis com cabos flexíveis, ao contrário de uni?es parafusadas com barramentos de bus, oferecem ainda outras vantagens: eles permitem uma montagem mais simples, uma vez que basta unir entre si o conector e a contra-pe?a e é possível compensar vibra??es na opera??o do veículo, de modo que raramente ocorre uma perda do contato elétrico decorrente do desgaste. A sua estrutura também traz vantagens em uma substitui??o posterior dos módulos de baterias, por exemplo, para aplica??es Second Life ou a reciclagem dos módulos no conjunto de baterias. O único problema: eles s?o flexíveis e se deformam até mesmo com baixas press?es de for?a e torque.
E a conexão é firme – um passo extremamente importante para o desenvolvimento da eletromobilidade.
O processamento de pe?as flexíveis requer uma solu??o ideal
O manuseio de pe?as flexíveis por meio de máquinas até hoje é um grande desafio na montagem: assim, por exemplo, cabos elásticos, que podem se torcer em qualquer dire??o, s?o difíceis de apanhar para os rob?s. Baseado no KR CYBERTECH nano ARC HW, a empresa de Kempten desenvolveu uma garra especial, que retira os cabos de um blister. Visto que o cabo n?o está suficientemente pré-posicionado com exatid?o dentro do blister, é utilizada uma camara 2D: ela ajuda a determinar as posi??es de agarramento exatas no cabo macio e flexível, e a posicionar o conector de módulo no fim do cabo exatamente acima da contra-pe?a do conector.
Através de uma câmera 2D os robôs podem apanhar e conectar com precisão as peças flexíveis da bateria de alta tensão.
Com conjuntos de molas para a correta e exata aplica??o de for?a
Uma vez que o conector precisa ser tratado com cuidado, o processo de encaixe foi desacoplado para uma execu??o perfeita. Um conjunto de molas controla a for?a que é transmitida ao conector e ao sistema de travamento do conector (também chamado de Connector Position Assurance ou CPA). Em seguida, um cilindro pneumático pressiona o conector na contra-pe?a do conector. Este conjunto de molas comprime até que seja atingido o torque de 70 newton-metros e o sensor de posi??o final seja acionado. Paralelamente, o pino de travamento com mola pressiona o CPA para baixo. Com isto o CPA está travado, o conector está conectado com seguran?a de processo e a garra pode se mover novamente para cima. Ao contrário de outros especialistas em automa??o, a Liebherr n?o resolve intencionalmente o processo de encaixe dos cabos flexíveis através de processos de tentativa e erro. Toda tarefa deve ser executada corretamente. A raz?o para isso: a tecnologia deve ser hábil para a produ??o seriada e deve poder cumprir os tempos de ciclo rigorosamente exigidos para isso. Isso funcionou muito bem: em vez dos 17 segundos especificados, o sistema atingiu um tempo de ciclo de onze segundos.
Melhor desempenho gra?as à combina??o correta de software e rob?
No processo de automa??o é usado o KR CYBERTECH nano ARC HW. O rob? industrial flexível e econ?mico é especializado em trabalhar com componentes pequenos e também pode alcan?ar posi??es de encaixe de difícil acesso. Através da prote??o contra carga ou descarga eletrostática (ESD) descontrolada, ele se apropria de forma ideal para o manuseio de componentes eletr?nicos sensíveis. Para ser usado também em células de rob? compactas, o rob? de design esguio pode aproveitar ao máximo os pequenos espa?os.?
Através da unidade de controle manual KUKA smartPAD é possível acompanhar e controlar cada passo na produção de baterias.
O Software KUKA.RoboTeam?possibilita à Liebherr deixar as duas garras trabalhar de forma cooperativa na opera??o Master-Slave, permitindo que bra?os humanos sejam imitados de modo ideal. Assim os rob?s podem manusear diferentes comprimentos de cabo e posi??es de encaixe, bem como compensar tolerancias de posi??o. O reconhecimento de imagens integrado ajuda a determinar as posi??es reais dos slots.?Por fim, essa solu??o pode ser aplicada n?o apenas para o contato elétrico, mas também para outros componentes elásticos na produ??o de baterias – por exemplo, no processo de encaixe automatizado de cabos de dados entre o Battery Management System (BMS) e o Cell Management Controller (CMC).
Elevados padr?es de qualidade: preparado para a eletromobilidade
Segundo Martin Klaus, Global Business Development Manager Electronics na KUKA, no futuro muitas empresas da indústria automotiva somente poder?o se manter competitivas através da automa??o. "A tendência dos carros elétricos operados por bateria e o avan?o tecnológico crescente em veículos aumenta consideravelmente a quantidade e a diversidade de componentes eletr?nicos complexos no carro", enfatiza Klaus, responsável pela área Automotive Electronics. Segundo Klaus, estes componentes, entre outros, inversor, motor elétrico, displays, cameras e dispositivos de comando, podem ser fabricados "apenas com um elevado grau de automa??o na qualidade e quantidade exigidas."
Através da interação entre hardware e software os respectivos componentes são muito bem controláveis.
Com a robótica é possível realizar inúmeros processos que são necessários na fabricação eletrônica.
Nova parceria viável na montagem de conjuntos de baterias
O especialista em rob?s de Augsburg está preparado para isso e possui no portfólio rob?s certificados com prote??o ESD, bem como para sala limpa e sala seca. Viktor Bayrhof da Liebherr vê isso de forma semelhante. "Sistemas de baterias de alta tens?o s?o o componente mais caro de um veículo elétrico", diz Bayrhof. "Para produzir essas baterias de forma econ?mica em grandes quantidades, a automa??o desempenha um papel fundamental." A solu??o elaborada pelas empresas envolvidas pode garantir a competitividade das empresas, mesmo em tempos turbulentos. Com isso eles controlam permanentemente a sua produ??o – inclusive os componentes flexíveis.
