Dass die Nachfrage nach E-Mobility-Batterien und den darin verbauten Teilen sprunghaft ansteigt, spürt auch der Automobilzulieferer Hugo Benzing aus Korntal-Münchingen bei Stuttgart, der unter anderem Berstmembrane und Berstscheiben für die E-Mobilität produziert. Die patentierten Sicherheitsventile geben bei thermischer Überhitzung in der Batterie Druck an die Umgebungsluft ab und gewährleisten so die Sicherheit des Elektroautos.
Das Ventil besteht aus drei Teilen. „Wir haben die Teile zunächst händisch gebaut“, blickt Geschäftsführer Christian Benzing zurück. Doch bald war klar, dass die Nachfrage nach diesen Entlüftungsventilen aus der Automobilindustrie sprunghaft ansteigen würde. „Wir brauchten also hohe Stückzahlen“, sagt Benzing. Die Kapazität konnte nur durch Automation gesteigert werden. Zudem sollten die Sicherheitsprüfungen standardisiert und mithilfe modernster Technik erfolgen. Hier kam das Expertenwissen des Maschinenbauers Wafios Tube Automation GmbH aus Simonswald im Schwarzwald ins Spiel.
Zwei Millionen Ventile pro Jahr
„Den Auftrag für die erste Automatisierungszelle erhielten wir im Oktober 2019. Im Jahr darauf ging sie dann in Korntal in Betrieb“, erinnert sich Boris Kühn, Geschäftsführer der Wafios Tube Automation. Seit 2023 sind nun zwei fast baugleiche Zellen im Einsatz, die pro Jahr insgesamt zwei Millionen Ventile produzieren.
In jeder Zelle kooperieren jeweils sechs Kuka KR Agilus Roboter, die das Entlüftungsventil aus den drei Einzelteilen – einem Trägerteil, einer Feder und einem Verschlussteil – zusammensetzen. Dabei schwenken die Roboter um 360 Grad. Dass sie während der Arbeitsprozesse nicht kollidieren, ist exakt berechnet und nach definierten Abläufen programmiert. Der Schlüssel hierfür sind Übergabestationen, an denen die einzelnen Roboter die Teile ablegen und wieder aufnehmen.
Mobil dank modularer Bauweise
Dass der Maschinenbauer für den Auftrag von Benzing auf Kuka-Roboter zurückgriff, hat zwei Gründe: Zum einen ist Wafios Tube Automation seit 2013 Systempartner des Augsburger Roboterspezialisten, zum anderen hatte auch Benzing bereits sehr gute Erfahrungen mit Kuka gemacht. In der sieben auf fünf Meter großen Zelle laufen in hoher Taktung viele unterschiedliche Prozesse ab. Dafür brauchte es präzise, schnelle und kompakte Roboter. Die Wahl fiel daher auf sechs sehr genaue und flinke KR Agilus.
Nicht nur der Roboter selbst ist flexibel, sondern auch die gesamte Anlage: Die Zelle steht auf drei Stahlplatten und kann innerhalb kürzester Zeit im Werk komplett umgezogen werden. „Für uns war das ein wichtiges Argument, weil Abläufe in der Produktion durchaus immer wieder angepasst werden müssen. Durch diese mobile Lösung entstehen uns dann keine Produktionsausfälle“, freut sich Christian Benzing.
Prüfen, schweißen, montieren
Die Sicherheitsventile werden bei Benzing im Drei-Schicht-System gefertigt. Ein Mitarbeiter führt die Trägerteile über ein Palettiersystem in die Anlage ein. Dort nimmt der KR Agilus ein Trägerteil auf und übergibt es an eine Prüfung durch eine bildverarbeitende Kamera.
Nach dem Trägerteil wird die Feder zugeführt, die vor ihrer Verwendung ebenfalls vermessen wird. Schließlich kommt noch das Verschlussteil dazu und wird ebenfalls überprüft. Ist ein Teil fehlerhaft, sortiert der KR Agilus es aus.
Wenn alle Bauteile geprüft sind, übergeben die Roboter sie in die Montagestation. „Dort werden sie mittels Ultraschall verschweißt“, erklärt Dietmar Dengler, ebenfalls Geschäftsführer bei Wafios Tube Automation. Ein Roboter übergibt die geschweißten Teile nun an die Entgratstation, die die Überreste vom Schweißen entfernt.
Hier ist nochmals eine Prüfstation integriert. Erfüllt das fertige Bauteil die Anforderungen, geht es zur Dichtheitsprüfung an einem Heliumstand. „Wenn dann alles passt, wird das Bauteil per Laser beschriftet und ist fertig“, sagt Dengler.
Greifer erfordern höchste Präzision
Eine Herausforderung in de Projekt waren die Greifer, mit denen die Roboter die sensiblen Einzelteile aufnehmen und wieder ablegen. „Die Federn haben sechs Arme, die sich schon verbiegen, wenn man sie nur zu fest in die Hand nimmt“, erläutert Dengler. Doch bei Wafios Tube Automation kennt man sich mit diesen Anforderungen von Greifwerkzeugen aus und hat sie für die Montagezelle daher selbst entwickelt.
Auch die übergreifende Steuerung, mit der die Anlage inklusive der sechs KR Agilus über ein Panel bedient wird, wurde selbst entwickelt und ist bereits seit Jahren bei Kunden im Einsatz. Kühn: „Der Bediener programmiert nur die Steuerung, muss aber keine Roboterkenntnisse haben.“
Bei der Belegschaft der Hugo Benzing GmbH & Co. KG kommt die Automation gut an. Durch die „Roboter-Kollegen“ haben die Mitarbeiter mehr Ressourcen für andere Tätigkeiten in der Produktion. Zumal eine händische Herstellung der Sicherheitsventile aufgrund der Komplexität der Montage, der vielen Prüfprozesse und des stark gestiegenen Outputs gar nicht sinnvoll wäre. „Um der beste Zulieferer in diesem Bereich zu sein, brauchen wir hundertprozentige Prozesskontrolle. Die erreichen wir nur durch Automatisierung“, freut sich Geschäftsführer Benzing.
Kuka Deutschland GmbH
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