Akkumulátorcella gyártás mini-környezetben: rugalmas automatizálás a száraztérben

Az e-mobilitástól a kommunikációs és orvosi technológián át egészen az intelligens szerszámokig vagy háztartási készülékekig: Az iparnak egyre több akkumulátorcellára van szüksége. Ezek ?gigaméret?” üzemekben történ? gyártása azonban hatalmas energiaigényeket támaszt. Ráadásul a nagy gyártósorok nagyon rugalmatlanok. A KIT wbk. gyártástechnikai intézetében most sikeresen teszteltek egy lehetséges alternatívát. A módszer: Folyamat-körülzárás mini-környezetekben. Ennek egyik f?szerepl?je: A KUKA robotjai.

Az akkumulátorcellák gyártásának j?v?je: energiahatékony tiszta- és szárazterek

A Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) wbk gyártástechnológiai intézete már most is el?retekint? akkumulátorgyártással foglalkozik. Annak érdekében, hogy ezek rugalmasabbak és hatékonyabbak legyenek, az AgiloBat projekt keretében a kutatók agilis cellagyártást dolgoztak ki a lítium-ion akkumulátorok számára: A robot-alapú, mini-k?rnyezetben végzett automatizálás segítségével olyan mérték? rugalmasságot sikerült elérni, ami korábban csak a manufaktúrákban volt lehetséges.?

A KR 4 AGILUS a KIT egyik robotcellájában m?ködik.

A testreszabható folyamatok és programmódosítások lehet?vé teszik a legkül?nfélébb cellageometriák el?állítását a száraztérben anélkül, hogy a berendezés nehéz átalakítására lenne szükség.?A kutatók ehhez speciális robotcellákat fejlesztettek ki, amelyek jellegük és kivitelük tekintetében világújdonságot jelentenek. Ezeket az Exentec Germany GmbH, az Exyte csoport egyik vállalata tervezte és építette. Az Exyte, amely a Stuttgartban székhellyel rendelkez??épít?ipari és?berendezésgyártó?vállalat, fenntartható és kül?nleges tisztaságú gyártóberendezéseket tervez és kínál a csúcstechnológiát képvisel? iparágak számára, beleértve a félvezet?- és akkumulátorgyárakat, adatk?zpontokat vagy a?biofarma-ipart. Az Exentec egyik prioritását a tiszta- és szárazterek képezik. Másképpen, Nicole Neub, az Exentec akkumulátortechnológiai részlegének igazgatójának szavaival: ?Felel?sek vagyunk a szükséges száraz leveg?ért az akkumulátorgyártási folyamatban.”

Minden folyamatlépés mini-k?rnyezetben zajlik

K?ztudott, hogy a k?rnyezeti leveg? csak nagyon kevés páratartalmat tartalmazhat az akkumulátorcellák gyártása során. Pontosabban: Annak érdekében, hogy az akkumulátorok érzékeny anyagainak feldolgozása során ne k?vetkezzen be oxidáció vagy ne alakuljanak ki nedvességtartalmú zárványok, a relatív páratartalom általában kevesebb, mint 1?%. Az ennél magasabb érték kés?bb min?ségi problémákhoz vagy akár az akkumulátorok kritikus meghibásodásához is vezethet.

A robotcellákban a relatív páratartalom általában kevesebb, mint 1 százalék.

A szükséges szárazságot úgynevezett mini-k?rnyezetekben állítják el?. ?Ennek során a gyártás és a kapcsolódó gépek egyes folyamatlépéseit k?rülzárjuk, és a sz?rt leveg?t k?zvetlenül a folyamathoz vezetjük” – magyarázza Nicole Neub. ?Ez valóban csak a gép számára szükséges mennyiség?, tiszta és száraz leveg?t biztosít - nem pedig használhatatlanul nagy mennyiséget az egész gyártócsarnokban.” Az akkumulátorcellák ipari t?meggyártása során általában az egész gyártási területet szárítóhelyként használják, ami nem lenne szükséges az egyes folyamatokhoz, és nagy mennyiség? energiát igényel.

Extrém száraz leveg?: A folyamat-k?rülzárással lehetséges

Az AgiloBat projektben ez olyan konténerszer? dobozokkal t?rténik, ahol legfeljebb -50?°C a harmatpont. ?Ennek semmi k?ze a termelési k?rnyezet h?mérsékletéhez” – nyilatkozta Sebastian Henschel, az AgiloBat projekt m?szaki vezet?je a KIT wbk gyártástechnikai intézetét?l. Ehelyett a harmatpont azt a h?mérsékletet jelzi, amelyre le kell h?teni a leveg?t, hogy a nedvességet kondenzálja. Leírás: Minél mélyebb a harmatpont, annál szárazabb a leveg?. ?Ha a harmatpont -50?°C, az egymillió leveg?molekulára es? mennyiség kevesebb, mint 100 vízmolekula” - magyarázza Henschel. ?Ez egy százalék alatti relatív páratartalomnak felel meg.”

A KUKA robotjaival ipari pontosságot értünk el – olyan rugalmasságot, amelyet egyébként csak a kézi gyártásból ismerünk.

Sebastian Henschel, a KIT AgiloBat m?szaki vezet?je

Az ember elválik a folyamattól – az innovatív automatizálásnak k?sz?nhet?en

A legfontosabb tényez?t a személyzet alkotja: ?Mi, emberek 80%-ban vízb?l állunk, ami egy ilyen eljárás során minden, csak nem hasznos” – mondja Henschel. ?Még abszolút nyugalmi állapotban is óránként legalább 120 gramm tiszta nedvességet lélegezünk ki” – egészíti ki Nicole Neub. ?Ezek olyan nedvességmennyiségek, amelyek jelent?sen negatívan befolyásolják például a -50°C-os, stabil harmatpontot.” Ezért ahhoz, hogy a termelési k?rnyezet megfelel?en száraz maradjon, az embereket a lehet? legnagyobb mértékben ki kell zárni ebb?l. Pontosan ez az Exentec megk?zelítése: ?Mini-k?rnyezetünkben, a k?rülzárás révén k?vetkezetesen elválasztjuk az embereket a folyamattól” - magyarázza Nicole Neub. ?Ez természetesen csak akkor megy, ha a folyamat teljesen automatizált.” és itt j?nnek a képbe a KUKA robotjai.

A két KR SCARA és a KR CYBERTECH nano a lehet? legnagyobb hatékonysággal és pontossággal m?ködnek együtt a mini-környezetben.

Számos sikeres ügyfélprojekt szól a KUKA mellett

Az AgiloBat keretében négy KR CYBERTECH nano, egy KR 4 AGILUS?és a cellatároláshoz két KR SCARA?kerül bevetésre - a projektfelel?s?k legnagyobb megelégedésére. ?Az akkumulátorcellák gyártói évek óta nagy mennyiségben használják a KUKA robotokat a száraztérben, hogy cs?kkentsék a munkatársak általi k?rnyezetszennyezést és javítsák a gyártási min?séget” - mondja Thomas Schmidberger, a KUKA üzletfejlesztési igazgatója. A KUKA munkatársai már jó ideje folytatnak eszmecserét az akkumulátorgyártókkal azok száraztér-k?rnyezetekre vonatkozó technológiai k?vetelményeir?l. ?A száraztérben lév? termékeinkre vonatkozó k?vetelmények számos sikeres ügyfélprojektb?l jól ismertek, és folyamatosan elemzik ?ket a vezet? ipari szakért?kkel k?z?sen” - hangsúlyozza Schmidberger. Vezet? robotgyártóként a KUKA a robotok szárazterekben t?rtén? alkalmazásához t?rtén? tanúsításán dolgozik.

A KIT kutatói által kifejlesztett robotcellák világújdonságot jelentenek.

A KUKA-robotok megbirkóznak a száraztérben jelentkez? kül?nleges kihívásokkal

A száraztérben t?rtén? alkalmazás ugyanis kül?nleges kihívásokat jelent a robotok számára. így a rendkívül alacsony páratartalom nagyobb kopáshoz vezethet. Ez kül?n?sen vonatkozik a lágyítókat tartalmazó anyagokra, például a t?mítésekre vagy a kábelcsatlakozásokra: Hosszú távú alkalmazás esetén az anyagok a száraztérben gyorsabban porózussá válhatnak, a legkedvez?tlenebb esetben pedig még el is t?rhetnek.?

A KUKA robotjai megbirkóznak a száraz térben jelentkez? különleges kihívásokkal.

Azonban a ken?zsírok is ronthatják a m?k?d?képességet, mert elveszítik a vízkomponenseket. Speciális kihívások még – amelyeket a KUKA figyelembe vesz: Az augsburgi automatizálási szakért?k már 2020 óta tapasztalatokat szereztek t?bb mint 10.000, akkumulátorcellák gyártásával foglalkozó robottal, amelyek k?zül t?bb mint 1.000 a száraztéri alkalmazásokban található. Az ügyfelek visszajelzése mindenképpen pozitív.

Az akkumulátorcellák gyártói évek óta használnak KUKA robotokat a száraztérben a környezetszennyezés csökkentése és a gyártási min?ség növelése érdekében.

Thomas Schmidberger, a KUKA üzletfejlesztési igazgatója

A megismételhet?ség és a pontosság találkozása a rugalmassággal

Az automatizálással, mini-k?rnyezetben végzett eljárás azonban nemcsak az akkumulátorcellák gyártása, hanem sok más ágazat számára is érdekes: ?A félvezet?ágazatban ez a kérdés alapvet? fontosságú, csakúgy, mint a gyógyszeriparban” - ismertette Nicole Neub az Exentec-t?l. Itt a KUKA széles termékpalettája el?nyei teljes mértékben kihasználhatók: Sokoldalúságuk és rugalmasságuk révén a robotok egymástól teljesen kül?nb?z? területeken, termékekhez és k?rnyezetekben felhasználhatók.?

A KR CYBERTECH nano rugalmasan illeszkedik a rendszerbe.

Ezt igazolta a KIT projektje is: ?Egy maximálisan rugalmas rendszert akartunk kialakítani azáltal, hogy kül?nb?z? gyártási modulokon keresztül kül?nb?z? folyamatlépéseket dolgoztunk ki, majd ?sszekapcsoltuk ?ket egymással” - meséli Sebastian Henschel, az AgiloBat m?szaki vezet?je. ?Ebben a tekintetben a KUKA robotjai teljes mértékben beváltak. Segítségükkel sikerült elérnünk az ipari megismételhet?séget és pontosságot - egy olyan mérték? rugalmassággal együtt, amelyet egyébként csak a kézi gyártásból ismerünk.”

Vonzó termelési lehet?ség, kis- és k?zépvállalkozások számára is

Ezek a jellemz?k kül?n?sen vonzóak a kkv-k számára - nem véletlen, hogy a KIT csapata az AgiloBat-nál k?zepes méret? gép- és berendezésgyártókkal m?k?d?tt együtt. A mini-k?rnyezet és az automatizálás lehet?vé teszi, hogy versenyképes berendezéstechnikát kínáljanak a kritikus folyamatlánc mentén, száraztérrel rendelkez? termelési k?rnyezetekben. Az AgiloBat eredményei lehet?vé teszik az akkumulátorcellák rugalmas gyártását és az új anyagrendszerek ipari termeléssel t?rtén? tesztelését kis mennyiség? anyaggal. ?Végezetül azt sem szabad elfelejtenünk, hogy az akkumulátorgyártás ezen kémiai folyamatlépéseiben kritikus anyagokkal dolgoznak” – mondja Thomas Schmidberger. ?A robotalapú automatizálás a mini-k?rnyezet használatával kombinálva védi a munkavállalók egészségét is.”

A KUKA összes komponenséhez hasonlóan a KR CYBERTECH nano is teljesítette a követelményeket az AgiloBat projektben, a kutatók teljes megelégedésére.

A mini-környezet és ezáltal az ember és a folyamat következetes szétválasztása jelent?sen csökkentheti a jelenlegi költségeket.

Nicole Neub, az Exentec akkumulátortechnológia igazgatója

Jelent?s megtakarítás a jelenlegi k?ltségek és er?források tekintetében

Az AgiloBat-nál alkalmazott termelési eljárások azonban mindenekel?tt jelent?s er?forrásokat takaríthatnak meg - mégpedig két szempontból: El?sz?r is, a hagyományos termelésnél lényegesen kevesebb energiára van szükség. ?A ?gigaméret?” üzemekben a teljes energiaszükséglet 25-40%-a kizárólag a száraztér feltételeinek megteremtésére irányul. Ek?zben pedig állandóan szárítjuk a leveg?t a száraztérben tartózkodó emberek által folyamatosan kibocsátott nedvesség kivonása érdekében” - mondja Nicole Neub. ?A mini-k?rnyezet, és ezáltal az ember és a folyamat k?vetkezetes szétválasztása jelent?sen cs?kkentheti ennek mértékét, és ezáltal a jelenlegi k?ltségeket, az OPEX-et is.” Másodszor, a használhatatlan selejtek száma is jelent?sen cs?kken: ?A nagy berendezéseknél, még akkor is, ha már bejáratottak, részben 15-20 százalék volt a selejtanyag el?fordulása, amelyet el kell dobni vagy újrahasznosítani kell” – számolt be Sebastian Henschel, a wbk intézet munkatársa. ?Ezt a kvótát is jelent?sen cs?kkenthetjük a termelés rugalmasabbá tételével.” A KUKA robotjai ezt teszik lehet?vé!