Chemické čištění elektrických motorů v automobilovém průmyslu

Vysoce automatizované řešení zajišťuje vynikající výsledky čistoty a krátké časy cyklů.

Při montáži složitých elektrických jednotek se nelze vyhnout kontaminaci. U renomovaného dodavatele automobilů zabraňuje řešení suchého čištění na míru od společnosti Ecoclean tomu, aby částice způsobovaly poruchy při pozdějším použití v systémech posilovače řízení. Vysoce automatizovaný proces také umožňuje extrémně krátké časy cyklů.

S rostoucím využíváním energeticky účinných pohonů - ať už hybridních, čistě elektrických nebo optimalizovaných spalovacích motorů - je stále více vozidel vybaveno asistenčními systémy řidiče, jako je asistent parkování, varování před vyjetím z jízdního pruhu, dálniční pilot a automatické vyhýbání, až po autonomní řízení. Komponenty, které tyto funkce řídí a vykonávají, musí zaručovat maximální bezpečnost a spolehlivost. K takovým součástem patří elektromotory pro posilovač řízení, které výrobci systémů neustále dále vyvíjejí a přizpůsobují novým požadavkům.

Montážní procesy jako zdroj opětovné kontaminace

Přísnější specifikace se vztahují nejen na technickou čistotu součástí, ale také na montážní linky. Je to proto, že při montážních procesech často vznikají částice. Pozornost se zaměřuje nejen na kovové částice, které mohou zhoršit výkon elektromotorů a způsobit zkrat v pozdějším provozu. Riziko představují také nekovové nečistoty a vlákna, protože ta se mohou stát elektricky vodivými, pokud absorbují vlhkost.

U renomovaného dodavatele automobilů závěrečná kontrola ukázala, že stávající systém suchého čištění ovládaný vzduchem a integrovaný do montážní linky nesplňuje specifikace čistoty. Projektoví manažeři dodavatele Tier 1 se proto obrátili na společnost Ecoclean GmbH s žádostí o pomoc. Společnost má ve svém závodě v Monschau bohaté zkušenosti s chemickým čištěním pomocí stlačeného vzduchu a vakuové technologie, které byly dále rozvíjeny pro různé úkoly v oblasti elektromobility.

Návrh procesů a strojů prostřednictvím simulace a testování

Protože tento úkol čištění není "off-the-peg" aplikací, bylo pro návrh procesu použito speciální testovací zařízení. Potřebné nástroje byly vyvinuty pomocí simulace proudění. Tím bylo zajištěno nejen co nejefektivnější využití čisticího média, ale také spolehlivé odstranění odloučených částic z čisticí komory. Bylo také třeba zohlednit skutečnost, že menší částice se při kontaktu s čisticím médiem s menší pravděpodobností samovolně oddělí od povrchu. Simulace umožnily přizpůsobit otvory trysek příslušným geometriím sedmi různých motorů a variant. To zajišťuje optimální aplikaci média, a tím i maximální účinnost čištění při co nejnižších provozních nákladech. Systémy trysek byly vyrobeny pomocí 3D tisku.

Při testech čištění byly na složité elektrické jednotky naneseny standardní částice s emulzí a poté byly přibližně hodinu sušeny v sušárně, aby bylo jisté, že nečistoty silně přilnou k povrchu. Již během prvních zkoušek dosáhl proces čištění výsledků, které byly výrazně lepší, než požadovaly specifikace čistoty.

Spolehlivý, automatizovaný proces čištění s krátkou dobou cyklu

Dalším požadavkem při integraci vyvinutého procesu do systémové koncepce bylo, že proces čištění musí být dokončen do 7,8 sekundy na jeden díl. Pro splnění tohoto požadavku navrhla společnost Ecoclean vysoce automatizovaný systém vybavený dvěma zpracovatelskými stanicemi a dvěma manipulátory, každý s dvojitými chapadly. Systémy trysek přizpůsobené příslušným elektromotorům jsou umístěny ve stojanu na nástroje. Čip RFID, který je připevněn ke každému elektromotoru a naskenován při uvedení motoru do čisticího systému, poskytuje manipulátorům potřebné informace o tom, které nástroje mají použít. Výměna nástrojů se provádí pomocí rychlovýměnného systému.

První manipulátor vezme z nosičů dílů, které slouží k dopravě dílů do stroje, vždy dva motory a umístí je do první stanice. Zde jsou hluboké závitové otvory vyfukovány trvale sledovanými jehlovými tryskami. Po uplynutí stanovené doby čištění manipulátor 1 umístí díly do procesní stanice 2, vrátí se zpět a vyzvedne dva nové díly.

Ve stanici 2, která je navržena jako vyfukovací box, jsou elektromotory vyfukovány v souladu s jejich geometrií pomocí upraveného systému trysek. Během procesu se vyfukovací lopatka otáčí, aby se zabránilo vzniku míst se slabým prouděním vzduchu (mrtvých zón). Proces využívá nejnižší možný tlak v síti. Po uplynutí stanovené doby čištění jsou díly vyjmuty manipulátorem 2, který je umístí zpět na vyčištěné nosiče dílů.

Prevence opětovné kontaminace

Aby bylo dosaženo trvale dobrého výsledku čištění, je třeba nejen spolehlivě odstranit kontaminaci z komponent, ale také najít způsob, jak zabránit jejímu šíření do okolí. K tomu byl použit uzavřený vyfukovací box. Díky speciální konstrukci stěn jsou odloučené částice průběžně odstraňovány odsávacím systémem. Vzduch používaný k tomuto kroku je před vypuštěním do výrobního prostoru filtrován.

Protože částice, které představují riziko opětovné kontaminace, mohou být přítomny i na nosičích dílů, jsou tyto částice čištěny v odděleném procesu čištění vyfukováním, zatímco jsou součásti zpracovávány ve stanicích 1 a 2. Musí být dodrženy stejné specifikace velikosti částic jako u elektromotorů.

Připojení k MES s přenosem procesních dat

Stroj je vybaven nově vyvinutou řídicí jednotkou kompatibilní s Průmyslem 4.0, která je integrována do systému MES (Manufacturing Execution System) dodavatele Tier 1. Aby byla zajištěna sledovatelnost procesu čištění podle požadavků zákazníka, jsou průběžně sledovány procesní parametry, jako je například procesní tlak ve dvou stanicích, a data jsou přenášena do systému MES.

Díky optimálnímu přizpůsobení čisticích procesů konkrétním dílům se vynikajících výsledků čištění dosažených při zkouškách důsledně dosahuje i v sériové výrobě. Společnost nyní provozuje tři tyto stroje ve dvou různých výrobních závodech.

Autor: Doris Schulz