Molto è successo in termini di illuminotecnica da quando le prime "carrozze" motorizzate iniziarono a percorrere strade e sentieri. All'inizio della storia dell'automobile, erano comune portare lanterne attaccate ai lati o sul cofano, che in seguito furono sostituite da lampade ad azionamento elettrico. Nel caso delle lanterne, il termine "punto focale" potrebbe essere preso alla lettera e derivato direttamente da una sorgente di luce effettivamente accesa, per lo più in lampade a carburo.
Nel 1908 fu costruito un ulteriore dispositivo antiabbagliante: una leva poteva essere azionata tramite un cavo Bowden, che spostava la fiamma del gas fuori dal fuoco del riflettore. Circa 100 anni dopo, il mondo sembra completamente diverso: "si è fatto luce". Con le nuove tecnologie e le potenti sorgenti luminose a LED, oggi siamo letteralmente "anni luce" rispetto ad allora. Tuttavia, questo richiede sistemi di produzione innovativi, parzialmente o completamente automatizzati, per garantire la precisione necessaria per la fabbricazione di queste parti sensibili di un veicolo. Un compito per gli esperti produttori di sistemi Vescon.
Vescon Systemtechnik GmbH ha sede a Gleisdorf, vicino a Graz. Qui viene implementata un'ampia varietà di progetti dalla tecnica dell'automazione e del processo alla tecnologia energetica e allo sviluppo di software. Una di queste soluzioni ben congegnate di automazione e tecnologia di processo, che è stata costruita appositamente per uno stabilimento slovacco del fornitore automobilistico ZKW Group, viene utilizzata per la produzione di un faro completamente a LED. Si tratta di un modulo di illuminazione a LED che impedisce agli altri utenti della strada di essere abbagliati da una cosiddetta "disposizione a matrice" dei LED e dalla possibilità di oscurare i singoli segmenti di LED, pur garantendo una corsia illuminata in modo ottimale.
I veicoli in arrivo o quelli che precedono vengono rilevati tramite sensori visivi e i segmenti vengono attivati o disattivati selettivamente in base al traffico. Transizioni coordinate tra scenari luminosi diversi rendono l'illuminazione della strada omogenea e ottimizzata per il guidatore, senza improvvisi cambiamenti di luce, come quando notoriamente si passa dalla luce abbagliante a quella anabbagliante. In tal modo, anche gli occhi del conducente possono adattarsi facilmente alla nuova impostazione di luce. Un guadagno di sicurezza attivo, perché il resto dell'area rimane ben illuminato dagli abbaglianti.
Durante la progettazione si è dovuto tener conto, ad esempio, di processi come la difficile applicazione di una pasta termica bicomponente. Christoph Legat, project manager presso Vescon Systemtechnik GmbH: "La pasta si indurisce molto rapidamente. Quindi, abbiamo dovuto fare attenzione a non superare il cosiddetto "pot life" durante il processo di progettazione. Questo indica per quanto tempo un materiale reattivo può essere lavorato o, in questo caso, per quanto tempo i componenti LED possono essere posti nella pasta prima che il materiale si sia indurito troppo".
Il lubrificante termico è necessario qui perché potenti LED producono calore che deve essere dissipato. Nel modulo faro finito piccole ventole assicurano anche che il calore venga condotto alla parte anteriore del faro, che supporta anche la funzione rimozione del ghiaccio e sbrinamento del faro. "È importante verificare che la pasta termica sia stata effettivamente applicata con il corretto dosaggio su tutte le superfici desiderate, altrimenti in alcune zone potrebbero verificarsi surriscaldamenti. Questa è stata senza dubbio una delle sfide speciali affrontate da questo sistema", ha affermato il responsabile del progetto Legat.
Una seconda parte, tecnicamente molto impegnativa, del sistema di assemblaggio dei fari è la rivettatura a caldo. Una cupola di plastica viene deformata utilizzando una temperatura regolata con precisione in modo da creare una testa del rivetto. Christoph Legat: "Questa testa di rivetto è montata sul riflettore e deve trattenere il riflettore e il quadrotto sul dissipatore di calore in modo assolutamente stabile e sicuro. La rivettatura deve essere così precisa che non deve formarsi alcuno spazio che possa provocare l'oscillazione dei componenti durante la prova di vibrazione finale o nell'uso reale, perché nel peggiore dei casi ciò potrebbe influenzare l'immagine della luce durante la guida.
The customer opted for a semi-automatic solution where multiple operators are involved. On the one hand, this opened up the opportunity for greater flexibility while keeping costs down. On the other, it made it easier for the manufacturer to take different components or product versions into consideration. In spite of the manual interventions, the complete system is monitored at every step by a controller. Primary control is done through a database that manages all the product data and information relating to the production process of each headlight. At the end of the manufacturing process, each headlight is fully traceable.
As the first step of the process, the operator removes the headlight housing and places it in the processing station. Then the type code or the variant that is to be produced is selected. "A good example is a headlight that is intended for a vehicle that is exported to other, non-European markets. In such cases, other indicator modules are sometimes used because local statutory regulations define that there must be switching between the indicator and the daytime running light," explains Legat.
Each operator works at two or three different assembly stations while locking cylinders ensure that the workpieces are held securely in place. These don't just hold them in place, but in addition, they only release the component once all the necessary processing steps have been carried out correctly. The operator positions the different components and accompanies the headlight until it reaches the first fully automated processing station, the application of the thermal paste. Once it reaches this position, the headlight is already fully wired, and it has been fitted with the adjusting system and the main beam module. Now a turnkey three axis handling system is deployed that was delivered to the Vescon system, by the specialists from the Festo Technical and Application Center.
A ready-to-install handling system ensures the even application of a two-component thermally conductive paste.
The operator places the cooling element (with holes for insertion of the reflectors) in the station and the thermally conductive paste is applied automatically on both sides using the Festo handling system. It always brings the two-component dispensing system to exactly the right position on the right track. In the next step, the printed circuit board with the five LEDS is positioned in the paste on the cooling element. Then the reflectors, with their guide pins to ensure optimum positioning, are applied. Once this is done, the operator removes the complete cooling element and takes it to the next station, where a further Festo handling system takes care of the movement of the rivet head tool.
Here, there are two EGC-80 toothed belt axes with guide slides, synchronized via a connecting shaft and with a space-saving right-angle gear unit (x-axis). There is also a type EGC-HD-160-BS heavy-duty axis with sturdy double guide (y-axis) and a type PLFN flange gear. All axes are equipped with servo actuator packages with multi-turn encoders.
Project Manager Legat is delighted with the ready-to-install handling solutions: "We just gave details of the required characteristics, we defined the loads and the paths or tracks that had to be traveled and then we didn't have to give any more thought to this part. This simplified our work enormously as did being able to use the handling system CAD data that Festo provided us, with for the design of the complete system."