De ontwikkeling van elektrische auto's verloopt voorspoedig. China stelt zichzelf en de autofabrikanten hoge doelen met een quotum van 12 procent voor e-voertuigen vanaf 2020. Frankrijk streeft er naar om in 2040 al het verkeer elektrisch aan te drijven. Volvo kondigt al in 2019 aan dat het zich terugtrekt uit de verbrandingsmotor. Ook de London Taxi Company wil elektrische taxi's op de markt brengen en heeft daarvoor een nieuwe naam aangenomen: de London Electric Vehicle Company. De cultvoertuigen zien er klassiek uit, net als vroeger, maar in de toekomst zullen ze zuiver en geruisloos rijden. Ook de Britse regering volgt de trend naar elektrische voertuigen en kondigde in juli 2017 een uitgebreid investeringsprogramma aan om de uitbreiding van de batterijtechnologie te ondersteunen.
Het pilotproject Automated Module-to-pack Pilot Line for Industrial Innovation (AMPLiFII) laat daarentegen zien hoe efficiënte automatisering kan bijdragen aan de concurrerende productie van aandrijfbatterijen in Europa.
Ontwikkeld voor beperkte ruimte
Voor het pilotproject van de batterij-montagelijn AMPLiFII heeft de fabrikant van speciale machines en systeemintegrator Horizon Instruments een high-speed cell pickersysteem ontwikkeld. Een bijzondere uitdaging voor technisch directeur Daniel Bolton en zijn team. Dit komt omdat ze bij de projectering van de productielijn voor de batterijmodules een aantal technische en praktische uitdagingen moesten overwinnen: “We hadden slechts een relatief beperkte ruimte voor de bedrijfsmiddelen, een strikt budget en een doorlooptijd van slechts zeven maanden. We moesten ook een manier vinden om elke cel elektrisch te testen, de cellen naar behoefte te draaien en ze met hoge precisie en snelheid in de modules te plaatsen.”
Een van de kerntaken van de pilotinstallatie is het gelijktijdig testen van groepen met 30 cellen op stroom en spanning, nog voordat ze individueel in de batterijmodules worden geplaatst met behulp van ‘pick and place’. Het gebruik van 30 individuele batterijtesters was niet mogelijk vanwege de hoge kosten en de grote ruimte die deze zouden innemen. Er moest een oplossing worden gevonden. In samenwerking met de onderzoeks- en onderwijsgroep WMG van de University of Warwick heeft Horizon Instruments een aangepaste multiplexer-interface ontwikkeld waarmee een individuele batterijtester kan worden gebruikt. Naast merkbare ruimte- en kostenbesparingen kunnen ze ook worden gebruikt om vergelijkbare gegevens over de teststatus te verzamelen.
Op maat gemaakt in acht weken
Na de test zelf worden de batterijcellen nauwkeurig uitgelijnd en indien nodig gedraaid. Vervolgens wordt het pick-and-place-systeem in de module geplaatst die zich op een transportband bevindt. Met betrekking tot het deels wisselende aantal batterijcellen kan het systeem nauwkeurig worden geconfigureerd. Normaal gesproken worden na de montage 100 individuele cellen per module met een totaal gewicht van ongeveer negen kilogram gebruikt.
Festo heeft een compacte totaaloplossing geleverd met cartesiaanse robotica voor een snelle en precieze afhandeling. “Zo hoefden we niet meerdere leveranciers te coördineren of ons zorgen te maken over de productcompatibiliteit”, legt Daniel Bolton uit. “Slechts acht weken na het plaatsen van de bestelling, hadden we een op maat gemaakt systeem. Festo heeft ons tijdens de gehele ontwerp-, installatie- en inbedrijfstellingfase technische ondersteuning geboden.” Met behulp van de nieuwe automatiseringsoplossing kunnen de cellen binnen 1,2 seconden worden verwijderd, gedraaid, uitgelijnd en in de modules worden geplaatst.
Première in het Koninkrijk
De Festo EXCH-60 vormt het hart van het pick-and-place-systeem voor batterijen. De 2D-portaalmanipulator is ontwikkeld voor montageprocessen waarbij kleine en lichte massa-artikelen snel en flexibel gepositioneerd moeten worden. Hiervoor levert de EXCH, aangedreven door twee stationaire motoren, de hoogste dynamiek. Aangezien de afzonderlijke assen geen aparte portalen nodig hebben, zorgt het systeem voor een nauwkeurige uitlijning. Met een snelheid tot 5 m/s en acceleratiewaarden tot 50 m/s2 kan hij 100 picks per minuut uitvoeren met een herhaalnauwkeurigheid van ±0,1 mm.
Voor Steve Sands van Festo is het gebruik van de EXCH een baanbrekende stap: “De 2D-portaalmanipulator van Festo wordt in dit project voor het eerst gebruikt in het Verenigd Koninkrijk. De automatiseringstechniek die in de pilotlijn voor batterijen voor elektrische voertuigen is geïntegreerd, is oorspronkelijk ontwikkeld voor de constructie van zonnepanelen. Het systeem is ideaal voor het transporteren van kwetsbare componenten en de plaatsing ervan met hoge precisie.”
Een CPX-ventieleiland wordt gebruikt voor de besturing van de 2D-portaalmanipulator. Deze combineert de modernste elektronica en pneumatiek op één onafhankelijke basisplaat.
De weg naar de toekomst geëffend
De nieuwe automatiseringsoplossing inspireert niet alleen vertegenwoordigers van de machinebouw en de automatiseringstechniek. In de ogen van professor Robert Harrison van de University of Warwick bewijst het pilotproject ook “dat de high-speed cell picker en andere werkstations een geautomatiseerde integratie van batterijcellen in modules mogelijk maken. Het effent de weg voor een navenante upgrade van een complete productiefaciliteit.” Professor Harrison ziet dit als een hulpmiddel bij de ontwikkeling van een nieuwe generatie aandrijfbatterijen voor elektrische en hybride voertuigen. “Als de beste manuele en geautomatiseerde montagemethoden voor de productie van batterijen worden gecombineerd, wordt de basis gelegd voor een nieuwe geautomatiseerde toeleveringsketen voor de automobielindustrie in het Verenigd Koninkrijk”, aldus de expert op het gebied van automatiseringssystemen.
WMG
Coventry CV4 7AL
University of Warwick
Engeland
Activiteiten: onderzoek en ontwikkeling
Horizon Instruments
Ghyll Industrial Estate
Heathfield, East Sussex
Engeland
Activiteiten: ontwikkeling en productie van geïntegreerde automatiseringsoplossingen
- Dit artikel verscheen in het klantenmagazine van Festo trends in automation 1.2018