E-Mobility: automatisierte Endmontage von Invertern
Laserschweißen in höchster Präzision
Ein gesunder Akku mit hoher Ladekapazität ist das Herzstück eines Elektroautos. Stimmt. Doch damit die Energie auf die Straße kommt und dynamisch und effizient genutzt werden kann, braucht der Akku Assistenten, die ebenso viel auf dem Kasten haben wie er selbst. Zum Beispiel den Inverter. Der Inverter regelt die Drehzahl und das Drehmoment des Motors. Seine zweite Aufgabe ist, den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den E-Motor zu wandeln. Ein wichtiges Bauteil also, bei dem es auf höchste Präzision ankommt. Für einen Kunden aus der Automotive-Industrie, der einen großen Fahrzeughersteller beliefert, hat PIA Automation eine Anlage zur automatisierten Inverter-Endmontage entwickelt und in Mexiko, installiert und in Betrieb genommen.
Besondere Anforderungen an diese Anlage waren unter anderem ein neuentwickeltes Verfahren für hochpräzises Laserschweißen und die Integration manueller Arbeitsvorgänge in direkter Verkettung mit automatischen Prozessen. Die 11 x 22 Meter große Anlage setzt mit einer Taktzeit von 80 Sekunden hochautomatisiert den Kunden-Inverter aus 37 Bauteilen zusammen, eines davon ist eine vormontierte Baugruppe. Das Montagematerial führen Werkerinnen und Werker an verschiedenen Prozessstationen zu. Die Anlage integriert die Montagetechniken Fügen, Pressen, Schrauben und Laserschweißen. Außerdem wird im Fertigungsprozess eine Dichtheitsprüfung vorgenommen. Die fertig montierten Inverter werden vom Kunden nach der End-of-line-Prüfung direkt an den Endkunden ausgeliefert.
Laserschweißverfahren individuell entwickelt
In die automatische Lasernachführung und die integrierte Schweißnahtüberwachung hat PIA Automation gemeinsam mit einem Partner für Laseroptiken viel Entwicklungsarbeit investiert. Die Laserschweißoptik ist in einen Sechsachsroboter integriert. Ihre Kamera zentriert sich an der jeweiligen Schweißhülse und minimiert Produktionstoleranzen durch die exakte Ausrichtung des Schweißroboters am Zentrum der Hülse. Zur Schweißnahtüberwachung scannt ein Tastlaser vor und nach dem Schweißvorgang die Oberfläche und bestimmt so die Einschweißtiefe. „In dieser Kombination ist das alles andere als ein Produkt von der Stange“, berichtet Philipp Metz, der leitende Konstruktionsingenieur und Projektleiter der PIA Inverter-Montagelinie. „Sowohl unser Partner als auch wir haben die Systeme, beispielsweise die Kameraerkennung, so optimiert, dass man sagen kann: Unsere Anlage zählt zu den präzisesten und im Betrieb stabilsten ihrer Art.“
Leitrechner integriert PIA Industrial App Suite
Ein wichtiges Werkzeug für das Datenmanagement und die Prozessanalyse ist die PIA Industrial App Suite, die im Leitrechner der Anlage installiert ist. Mit diesem Softwarepaket können Anwender die Nutzung ihrer Montageanlagen optimieren, es umfasst ein breites Portfolio an digitalen Produkten, Lösungen und Dienstleistungen. Die großen Datenmengen und die Tiefe der Datenerfassung bei der Anlage zur Inverter-Endmontage erlauben die Dokumentation der Anlagenperformance auch über lange Zeiträume. Die Daten helfen beispielsweise, die Ursachen von Produktionsungenauigkeiten zu finden und zu beheben oder Optimierungspotenzial im Zusammenwirken von menschlichem Personal und Maschine aufzuzeigen. Auch die Stabilität der Anlagenprozesse lässt sich detailliert darstellen.
Anlage gewährleistet Sicherheit und Sauberkeit
Die Inverter-Montage kombiniert menschliche Arbeitskraft mit vollautomatischen Prozessen. Zur Sicherheit der Werkerinnen und Werker und für die Ergonomie der Arbeitsplätze wurden daher spezielle Vorkehrungen getroffen. Auch die präzise Koordination von Mensch und Maschine zur Einhaltung der angestrebten Taktzeiten hatte Einfluss auf die Konstruktion der Anlage. Weil die montierten Inverter hochpreisige, hochsensible Komponenten sind, formulierte der Kunde außerdem Sauberkeitsanforderungen für die Produktionsanlage, die über die branchenüblichen DIN-Standards hinausgehen.
Die Anlage ist bereits im Dezember 2024 betriebsbereit in Mexiko an den Kunden übergeben worden. „Ein erstes Feedback war, dass unsere Montagelinie zur Inverter-Montage einen sehr guten Ramp-up erreichte und deutlich über den Erwartungen des Kunden liegt. Dass unsere Anlage direkt nach Inbetriebnahme so stabil produziert, macht uns schon ein wenig stolz“, sagt Philipp Metz.
Starke internationale Zusammenarbeit
Weil PIA Automation eine Niederlassung in León, Mexiko, betreibt, wurden auch die mexikanischen Kollegen intensiv in die Inbetriebnahme eingebunden. Mit dieser Nähe zum Kunden kann PIA im Bedarfsfall einen schnellen Vor-Ort-Service bieten, beispielsweise für die Wartung der Anlage. „Bei solchen Projekten zeigt sich die Stärke unseres internationalen PIA Netzwerks“, so Philipp Metz, Project Manager bei PIA. „Unser Anspruch ist es, dass unsere Kunden in jeder Phase des Projekts die bestmögliche Unterstützung erhalten. Umso erfreulicher sind solche Projekte wie das der Inverter-Linie: Sie zeigen, dass die internationale Zusammenarbeit im PIA Team sehr gut funktioniert.“