Automatisierungslösung, Bild: HepcoMotion

In einem aktuellen Projekt von Mechtek sollte eine Batteriemontagelinie komplett automatisiert werden. Hierzu holte sich das Maschinenbauunternehmen HepcoMotion mit ins Boot. Das Unternehmen half bei Konstruktion, Produktauswahl, Last- und Lebensdauerberechnung, sowie CAD-Modellen. Bild: HepcoMotion

Das in Südwales ansässige Maschinenbauunternehmen Mechtek Automation ist Spezialist für Automatisierungslösungen. Ob mechanisch oder elektrisch, die hauseigenen Designer entwerfen schlüsselfertige Komplettlösungen.

Ein aktuelles Projekt des Unternehmens bestand in der Entwicklung und Fertigung einer automatisierten Produktionslinie zur Batteriemontage für einen der weltweit größten Batteriehersteller. Die Anwendung umfasst die Montage großer Bleibatterieakkus, die zum Antrieb von Elektrofahrzeugen wie Gabelstaplern, Hubwagen und Seilbahnen eingesetzt werden. Blei stellt ein großes Gesundheitsrisiko dar, weshalb der Kontakt durch die Automatisierung des Vorgangs reguliert werden soll – dies bedeutet, die Arbeiter von der Gefahr fernzuhalten. Auch die Steigerung der Produktion war ein Hauptfaktor beim Design des Systems.

Für die voll automatisierte Montagelinie mit mehreren einzelnen Stationen und Aufgaben wurden etliche wartungsarme Produkte benötigt, die den widrigen Bedingungen der Batteriemontage standhalten und täglich rund um die Uhr arbeiten können.

Aufgrund einer Empfehlung wandte sich Mechtek zur Spezifizierung der benötigten Produkte für diese Anwendung an HepcoMotion. Hepco arbeitete intensiv mit Mechtek zusammen und unterstützte bei Konstruktion, Produktauswahl, Last- und Lebensdauerberechnung, sowie CAD-Modellen.

Mechtek entschied sich bei dieser detailgenauen Montagelinie für eine modulare Herangehensweise und unterteilte das System in Stationen, die unabhängig voneinander gefertigt werden konnten. Alec Dick, Beratungsingenieur bei HepcoMotion, meint: „Durch unsere starke partnerschaftliche Zusammenarbeit fanden wir Lösungen für die zahlreichen Herausforderungen bei der Konstruktion und lieferten völlig modulare Linearsysteme von Hepco. Mit unserem breiten Produktsortiment konnten wir die spezifischen Anforderungen für jede einzelne Linearanwendungen erfüllen, die für dieses System benötigt wurde.“

Lösung für Pick-and-Place

Am Anfang der Montagelinie steht die Stapelung von positiven und negativen Batterieplatten. Es gibt drei Ladebereiche, an denen jeweils positive, negative und doppelt negative Platten auf das Band geladen werden. Jedes Transportband verfährt den Stapel Platten zum Ende der Linie, wo sie mit Hilfe eines Zimm-Spindelhubgetriebes 100 mm für den Pick-and-Place-Vorgang angehoben werden, bei dem jeweils eine Platte aufgenommen und auf das nächste Transportband gelegt wird.

HepcoMotion bietet eine Auswahl dieser Spindelhubgetriebe. Durch ihre kompakte, würfelförmige Bauweise lassen sich diese Systeme einfach montieren und bestehen aus Komponenten, die eine maximale Einsatzdauer garantieren.

Die Platten werden der Reihe nach aufgenommen - abwechselnd positive, negative und doppelt negative. Wenn eine Platte aufgenommen wird, heben die Spindeln den Plattenstapel um eine Position an und gleichen so die reduzierte Höhe der fehlenden Platte aus. Das Getriebe hebt den Stapel so lange an, wie Platten aufgenommen werden, und zwar über eine Gesamthöhe von 100 mm bei sechs Positionen. Der Zyklus wiederholt sich alle 22 Sekunden.

Einbaufertige Einheiten

Automatisierte Anlage, Bild: HepcoMotion
Die Zykluszeit liegt bei etwa einer Minute, obwohl die Anzahl der Platten je nach Produkt variiert. Bild: HepcoMotion

Die Platten werden auf einem Förderband zum Separiersystem gebracht, wo auf jede von ihnen ein Blatt Papier gelegt wird. Das Papier dient zum Trennen der positiven und negativen Platten und verhindert einen Kurzschluss durch physischen Kontakt. Zwei PDU riemengetriebene Einheiten an der X-Achse unterstützen die Z-Achse für das Pick-and-Place. Diese kompakten, wartungsarmen Einheiten sparen Zeit bei der Systemauswahl, da sie einbaufertig sind und für die einfache Montage von Schritt- oder Servomotoren konstruiert wurden – ein wichtiger Aspekt für Mechtek.

Außerdem verfügen PDU2-Einheiten über eine lange Lebensdauer, ein weiterer Kernpunkt bei dieser Anwendung. Die Last beträgt nur 10 g, die beiden Greifer wiegen jeweils rund 2 kg. Die Profile der X-Achse sind 1.000 mm lang, der Abstand der Achsen beträgt 1.800 mm. Danach transportiert das Förderband die Platten zur Stapeleinheit, wo sie – getrennt durch Blätter – aufgestapelt werden. Eine Hepco-HDLS-Hochleistungsachse sorgt für die notwendige Z-Bewegung und bewegt sich in Schritten von 10 bis 20 mm herab, während die Platten dem Stapel hinzugefügt werden. Wenn der Stapel voll ist, wird er auf das Förderband freigegeben. Die HDCS-Einheit fährt zurück zum Hubanfang, um den nächsten Stapel aufzunehmen und bewegt sich wiederum nach unten, während Platten hinzugefügt werden. Die Zykluszeit liegt bei etwa einer Minute, obwohl die Anzahl der Platten je nach Produkt variiert. Die HDCS eignet sich bei dieser Anwendung besonders gut, da diese Hochleistungsachse die hohen Momentanlasten aufnehmen kann (in diesem Fall 70 kg bei 300 mm Versatz). Faltenbalgabdeckungen schützen die Einheiten vor der rauen und schmutzigen Umgebung.

Produktivitätssteigerung

Die neue automatisierte Montagelinie wird erhebliche Auswirkungen auf die Produktivität haben. Mechtek rechnet damit, dass die Linie 1.200 Batterien pro Schicht fertigen wird, was eine Verdreifachung der momentanen Produktionsrate bedeutet und die manuellen Tätigkeiten der Bediener um 40 Prozent reduziert. Außerdem verursacht die neue Anlage weniger Staub und ist somit umweltverträglicher. jl