Silniki elektryczne do czyszczenia na sucho w przemyśle motoryzacyjnym

Wysoce zautomatyzowane rozwiązanie zapewnia doskonałe wyniki w zakresie czystości i krótki czas cyklu.

Podczas montażu złożonych jednostek elektrycznych nie sposób uniknąć zanieczyszczeń. U renomowanego dostawcy z branży motoryzacyjnej niestandardowe rozwiązanie do czyszczenia na sucho Ecoclean zapobiega powodowaniu przez cząsteczki nieprawidłowego działania podczas późniejszego stosowania w układach wspomagania kierownicy. Wysoce zautomatyzowany proces umożliwia również niezwykle krótkie czasy cyklu.

Wraz z rosnącym wykorzystaniem energooszczędnych układów napędowych - hybrydowych, czysto elektrycznych lub zoptymalizowanych silników spalinowych - coraz więcej pojazdów jest wyposażonych w systemy wspomagające kierowcę, takie jak asystent parkowania, ostrzeżenie o zjechaniu z pasa ruchu, pilot autostrady i automatyczne omijanie, aż po autonomiczną jazdę. Komponenty sterujące i realizujące te funkcje muszą gwarantować maksymalne bezpieczeństwo i niezawodność. Do takich części należą silniki elektryczne wspomagania kierownicy, które są stale rozwijane przez producentów systemów i dostosowywane do nowych wymagań.

Procesy montażu jako źródło ponownego zanieczyszczenia

Bardziej rygorystyczne specyfikacje dotyczą nie tylko technicznej czystości komponentów, ale także linii montażowych. Wynika to z faktu, że cząsteczki są często generowane przez procesy montażowe. Nacisk kładziony jest nie tylko na cząstki metaliczne, które mogą pogarszać wydajność silników elektrycznych i powodować zwarcia w późniejszej eksploatacji. Istnieje również ryzyko związane z zanieczyszczeniami niemetalicznymi i włóknami, ponieważ mogą one stać się przewodnikami elektrycznymi, jeśli wchłoną wilgoć.

U renomowanego dostawcy z branży motoryzacyjnej kontrola końcowa wykazała, że istniejący system czyszczenia na sucho z napędem pneumatycznym zintegrowany z linią montażową nie spełniał specyfikacji czystości. Kierownicy projektu dostawcy Tier-1 zwrócili się więc o pomoc do Ecoclean GmbH. W swoim zakładzie w Monschau firma ma bogate doświadczenie w czyszczeniu na sucho za pomocą sprężonego powietrza i technologii próżniowej, które zostały następnie opracowane do różnych zadań w dziedzinie mobilności elektrycznej.

Projektowanie procesu i maszyny poprzez symulację i testowanie

Ponieważ to zadanie czyszczenia nie jest aplikacją „od ręki”, do zaprojektowania procesu wykorzystano specjalny zestaw testowy. Niezbędne narzędzia zostały opracowane przy pomocy symulacji przepływu. Zapewnia to nie tylko, że proces czyszczenia wykorzystuje media tak wydajnie, jak to możliwe, ale także, że oderwane cząstki są niezawodnie usuwane z komory oczyszczania. Należało również wziąć pod uwagę fakt, że mniejsze cząstki mają mniejsze szanse na spontaniczne oderwanie się od powierzchni w kontakcie z medium czyszczącym. Symulacje umożliwiły dostosowanie otworów dysz do odpowiednich geometrii siedmiu różnych silników i wariantów. Zapewnia to optymalną aplikację mediów, a tym samym maksymalną wydajność czyszczenia przy najniższych możliwych kosztach operacyjnych. Systemy dysz zostały wyprodukowane metodą druku 3D.

W celu przeprowadzenia testów czyszczenia, na złożone jednostki elektryczne nałożono standardowe cząstki z emulsją, a następnie suszono je w piecu przez około godzinę, aby upewnić się, że zanieczyszczenia silnie przylegają do powierzchni. Już podczas pierwszych prób proces czyszczenia osiągnął wyniki, które były znacznie lepsze niż te wymagane przez specyfikacje czystości.

Niezawodny, zautomatyzowany proces czyszczenia o krótkim czasie cyklu

Kolejnym wymogiem podczas integracji opracowanego procesu z koncepcją systemu było to, że proces czyszczenia musiał zostać zakończony w ciągu 7,8 sekundy na część. Aby sprostać temu wymaganiu, Ecoclean zaprojektował wysoce zautomatyzowany system wyposażony w dwie stacje przetwarzania i dwa manipulatory, każdy z podwójnymi chwytakami. Systemy dysz dostosowane do odpowiednich silników elektrycznych znajdują się w szafie narzędziowej. Chip RFID, który jest zamontowany na każdym silniku elektrycznym i skanowany, gdy silnik jest wprowadzany do systemu czyszczenia, dostarcza manipulatorom niezbędnych informacji o tym, których narzędzi użyć. Narzędzia są wymieniane za pomocą systemu szybkiej wymiany.

Pierwszy manipulator pobiera dwa silniki na raz z nośników części, które są używane do transportu części do maszyny i umieszcza je w pierwszej stacji. Tutaj głębokie gwintowane otwory są przedmuchiwane przez stale monitorowane dysze igłowe. Po określonym czasie czyszczenia manipulator 1 umieszcza części w stacji procesowej 2, cofa się i pobiera dwie nowe części.

W stacji 2, która została zaprojektowana jako skrzynka wydmuchowa, silniki elektryczne są przedmuchiwane zgodnie z ich geometrią przez dostosowany system dysz. Podczas procesu łopatka odmuchująca obraca się, aby zapobiec tworzeniu się obszarów o słabym przepływie powietrza (martwych stref). Proces wykorzystuje najniższe możliwe ciśnienie sieciowe. Po upływie wyznaczonego czasu czyszczenia, części są wyjmowane przez manipulator 2, który umieszcza je z powrotem na oczyszczonych nośnikach części.

Zapobieganie ponownemu zanieczyszczeniu

Aby uzyskać niezmiennie dobre wyniki czyszczenia, należy nie tylko niezawodnie usuwać zanieczyszczenia z komponentów, ale także znaleźć metodę zapobiegania ich rozprzestrzenianiu się na otoczenie. W tym celu zastosowano zamkniętą komorę rozdmuchową. Dzięki specjalnej konstrukcji ścian, oderwane cząsteczki są stale usuwane przez system odciągowy. Powietrze wykorzystywane na tym etapie jest filtrowane przed odprowadzeniem do obszaru produkcyjnego.

Ponieważ cząstki stwarzające ryzyko ponownego zanieczyszczenia mogą być również obecne na nośnikach części, są one czyszczone w oddzielnym procesie przedmuchiwania, podczas gdy komponenty są obrabiane na stacjach 1 i 2. Muszą być spełnione te same specyfikacje dotyczące wielkości cząstek, co w przypadku silników elektrycznych.

Połączenie z systemem MES z transferem danych procesowych

Maszyna jest wyposażona w nowo opracowany, zgodny z Industry 4.0 sterownik, który jest zintegrowany z systemem realizacji produkcji (MES) dostawcy Tier 1. Aby zapewnić identyfikowalność procesu czyszczenia zgodnie z wymaganiami klienta, parametry procesu, takie jak ciśnienie procesowe w dwóch stacjach, są stale monitorowane, a dane przesyłane do MES.

Dzięki optymalnemu dostosowaniu procesów czyszczenia do konkretnych części, doskonałe wyniki czyszczenia osiągnięte w testach są również konsekwentnie osiągane w produkcji seryjnej. Obecnie firma posiada trzy takie maszyny w dwóch różnych zakładach produkcyjnych.

Autor: Doris Schulz