Virtuelle Inbetriebnahme für Reinigungssysteme
PIA-Fakten-Check
- Als digitaler Zwilling konstruiert, modelliert und virtuell in Betrieb genommen
- Effizientes und prozesssicheres Entfernen von Verunreinigungen
- Integration in Bestandsanlage
Laser-Reingigungsanlage für E-Motorenfertigung
Blitzblanke Flanschflächen
Bei der Endmontage von Elektroantrieben in der Automobilindustrie kommt es auf höchste Präzision an – und auf absolute Sauberkeit. Auf den Flanschflächen verbliebene Verunreinigungen aus dem Fertigungsprozess stellen ein Risiko für die Dichtigkeit der Motorgehäuse dar und gefährden Funktion und Langlebigkeit. PIA Automation hat deshalb eine automatisierte Laserreinigung für Produktionslinien von E-Motoren entwickelt. In der Entwurfsphase als digitaler Zwilling modelliert, passt sich ihre Konfiguration den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten an. Virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht es, Funktionen vorab im Simulationsmodell zu testen. Auch die Integration in Bestandsanlagen ist erprobt und bewährt.
Wenn die Einzelkomponenten von E-Antrieben zu einer Einheit zusammengefügt werden, müssen die Flanschflächen der Bauteile nicht nur sauber, sondern absolut rein sein. Selbst kleinste Partikel von Öl, Fett, Staub oder Bohremulsion können Ursache dafür sein, dass die Aluminium-Bauteile nach dem Fügen und Verschrauben nicht vollständig abgedichtet sind. In diesem Fall könnte Wasser eindringen und zu Kurzschlüssen führen. Auf vielen Fertigungslinien wird dieser Reinigungsprozess heute manuell mit Reinigungstuch und Alkohollösung ausgeführt; die Qualitätskontrolle geschieht Stück für Stück per Sichtprüfung – ein Verfahren, das zeitaufwändig und nicht prozesssicher ist. Besser ist es, den für die Produktqualität wichtigen Fertigungsschritt mit einer Laser-Reinigungsanlage zu automatisieren.
„In einem Anwendungsfall haben wir die Laserreinigung in eine Bestandsanlage integriert. Das Modellieren der Anlage als digitaler Zwilling erlaubte uns, die Robotik präzise in die speziellen räumlichen Gegebenheiten einzupassen.“
Markus Larcher, Sales Application Engineer bei PIA
Virtuelle Inbetriebnahme eröffnet neue Möglichkeiten
Digitale Zwillinge von komplexen Anlagen zu modellieren und an ihnen virtuell Funktionen zu testen und zu optimieren, ist ein innovatives Instrument im Anlagenbau. Die virtuelle Inbetriebnahme liefert ein präzises Bild der realen Abläufe einer geplanten Anlage, noch bevor das erste Maschinenteil aufgestellt wird. Die Simulation unterstützt in der Konzeptphase bei der Analyse von Fehlern oder zeigt die Ursachen von Qualitätsmängeln im Endprodukt auf, ohne dass Musterteile hergestellt werden müssen. Konstruktive Änderungen oder Versuche alternative Lösungen sind im digitalen Zwilling schnell und risikolos darstellbar und lassen sich virtuell validieren.
Im Vergleich zur traditionellen Inbetriebnahme mit den Prozessschritten Konstruktion – Herstellung – Zusammenbau und Aufstellung – Hochlauf verkürzt sich die Anlagenrealisierung mit dem Instrument der virtuellen Inbetriebnahme deutlich. Vor allem in der Hochlaufphase einer neuen Anlage, dem Ramp-up, lassen sich Zeitgewinne zwischen 30 und 50 Prozent erzielen. Dies unter anderem, weil bereits in der Simulationsphase die Produktqualität betrachtet und die Fehlerquote minimiert werden kann.
Im erwähnten Anwendungsfall war die Montageanlage für die E-Motoren bereits in Betrieb. Für die Nachrüstung der automatisierten Laserreinigung schlugen die Konstrukteure von PIA eine zweite Ebene für die Reinigungsanlage vor: Ein Liftsystem befördert die Bauteile nach oben, ein Transferroboter führt sie den Reinigungszellen zu. Die Reinigung selbst erfolgt vollautomatisch mit einem Trumpf-Laser: Ein Sechsachs-Roboter mit angebauter Optik manovriert den Laser so, dass er die Flanschflächen präzise bestreicht und sie schnell sowie effektiv reinigt. Da sich im Bereich der Reinigungsanlage eine tragende Hallensäule befindet, wurde die Bewegung der eingesetzten Roboter so an die Gegebenheiten angepasst, dass Kollisionsgefahren ausgeschlossen sind. Auch die Ergonomie der manuellen Bearbeitungsschritte Einlegen und Entnehmen wurde bereits in der Simulationsphase optimiert.
Laser beseitigt Schmutz und hinterlässt Spuren
Die hohe Energie der Laserstrahlen beseitigt zwar zuverlässig Schmutzpartikel, doch hinterlässt das Lasern dabei Schmauchrückstände. Diese werden über eine Blas- und Absaugvorrichtung am Laserroboter rückstandsfrei beseitigt. Ein Absaugtrichter nimmt den Schmauch unmittelbar nach der Reinigung auf. Diese Konfiguration verhindert, dass die frisch gereinigten Konturen erneut verschmutzt werden. Die abgesaugten Rückstände verbleiben in einem geschlossenen System und gelangen nicht in die Umgebungsluft.
Fazit: Prozesssicher, schnell und wirtschaftlich
In Summe profitieren Fahrzeughersteller bei der Laserreinigung von einem deutlichen Plus an Prozesssicherheit. Wird eine virtuelle Inbetriebnahme in die Anlagenplanung integriert, lassen sich in der Konstruktionsphase und im Ramp-up erhebliche Einsparungen an Zeit und Ressourcen realisieren.
„Die automatisierte Reinigung mit Laser zeigt, wie sich auch vermeintlich kleine Prozessschritte effizient und wirtschaftlich automatisieren lassen“, so Markus Larcher von PIA. Die konstant hohe Reinigungssqualität und kurze Zykluszeit sprechen eine klare Sprache: Von menschlichen Bedienern wäre die Reinigung in vergleichbarer Qualität manuell nicht zu schaffen. Die Automatisierung steigert die Produktivität der Linie und ermöglicht damit höhere Stückzahlen. Die Mitarbeitenden werden durch die Laserreinigungsanlage entlastet und haben die Hände frei für wertschöpfende Arbeiten entlang der Montagelinie.
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