Pod napětím, ale ani jeden vynechaný šroub!

Baterie pro elektrická a hybridní vozidla musí být šroubována do elektromobilů pod proudem. Chyby se při montáži nepřipouští. Představují totiž vysoké riziko pro zdraví pracovníků, správnou funkci vozidla a jeho bezpečnostní systém. Pro montáž existují přísná pravidla na povinnou kontrolu a dokumentaci. Jaká řešení nabízí Průmysl 4.0 pro šroubovací techniku ve výrobě a servisu, která odpovídají normám a jsou hospodárná?

E-mobilita pomalu, ale jistě nabírá na síle. Odhaduje se, že v roce 2025 bude vyrobeno téměř 20 milionů hybridních a elektrických vozidel. Vedoucí výroby a servisu stojí před výzvou na odpovídající řešení a přípravu výrobní linky a dílny. V příštích letech se objeví spousta bateriových zdrojů, které jsou v závislosti na modelu sestaveny z několika stovek šroubů a výrazně ovlivňují zejména výkon, dojezd, životnost a bezpečnost vozidla. Pokud během jízdy dojde k selhání některých z komponent, hrozí nebezpečí ohrožení života, zdraví a životního prostředí. V souladu s normou VDI/VDE 2862 proto musí dodavatelé a výrobci OEM přesně monitorovat každý jednotlivý bezpečnostní šroubový spoj a archivovat zdokumentované údaje po dobu deseti let. Jak mohou tedy manažeři přechod ve výrobě a službách realizovat hospodárně a efektivně a zároveň zajistit kvalitu procesů?

Baterie elektromobilu je složitý systém, který se skládá z řídicí jednotky, částí pouzdra a mnoha bateriových modulů z lithium-iontových článků, které jsou z výroby dodávány částečně nabité. I opravy – například výměna modulu – se obvykle provádějí pod proudem. Zkrat při napětí 400 až 600 V může způsobitsmrtelná zranění. Používání ruční šroubovací techniky připojené napájecím kabelem s sebou nese riziko neúmyslného přenosu elektrického potenciálu přes vodivé kovové části, z matice na šroubovák a odtud na řídicí jednotku. To samozřejmě představuje značné riziko i pro pracovníka, který drží a obsluhuje ruční šroubovák. Aby se předešlo úrazům a škodám na životním prostředí bez ohroženíiziskovost, jsou zapotřebí spolehlivá, inteligentní a škálovatelná šroubovací řešení, která jsou schopna zaznamenávat a přenášet data bezdrátově.

Bosch Rexroth několik let testovalo ve vlastní výrobě a nakonec uvedlo na trh řešení typu „vše v jednom“. Toto řešení mohou dodavatelé a výrobci OEM použít ke snadnému splnění požadavků normy VDI/VDE 2862 a zároveň k zajištění maximální bezpečnosti pracovníků. Jde o plně izolovaný bezdrátový akumulátorový šroubovák Nexo s ochrannou izolací, NXAP030/ NXPP012 určenou speciálně pro montáž baterií, a poskytuje tak nejen ochranu před náhodným přiložením šroubováku na části baterie, které vedou napětí, ale také před přenosem napětí na šroubovák. Konstrukce ochranné izolace v proudové třídě do 800 V je potvrzena společností Dekra. Ochranná izolace také zabraňuje zachycení volného oděvu ve výstupním pohonu.

Společnost Rexroth vložila do svého inteligentního akumulátorového šroubováku Nexo více než 30 let technických zkušeností v oblasti řízené šroubovací techniky. V roce 1982 společnost představila první elektrický šroubovák na světě s elektronickým vypínáním otáček pohonu. V následujících deseti letech následoval první šroubovací systém s flexibilním krokovým programováním a první plně digitální šroubování. Přesně 20 let před modelem Nexo debutoval první digitální ruční šroubovák na světě. Vícekanálová schopnost a integrovaná logika této inovativní technologie přetrvává dodnes. Nejnovějším milníkem je Process Quality Manager, softwarové řešení vyvinuté ve spolupráci společností Bosch Rexroth a Bosch Software Innovations, které využívá analýzy objemných dat k odhalování odchylek ve výrobních procesech.

Společnost Rexroth je klíčovým hráčem v oblasti Průmyslu 4.0, právě díky odborným znalostem. Protože má Nexo plně integrovanou řídicí jednotku, začleňuje se do sítí výrobních hal bez jakéhokoli dalšího hardwaru a komunikuje přímo s řídicím a archivním serverem linky. Webový software umožňuje přístup k datům nezávisle na místě – z počítače nebo chytrého telefonu. Díky integrovanému snímači čárových kódů dokáže akumulátorový šroubovák také identifikovat příslušné díly a přesně vést pracovníka montážním procesem. Pokud dojde ke ztrátě bezdrátového připojení, zařízení dočasně uloží data o výsledcích šroubování do datové vyrovnávací paměti a po obnovení spojení je automaticky odešle. Díky decentralizované inteligenci, konektivitě, integrovanému sběru dat a cílenému řízení procesu až do velikosti dávky 1 splňuje akumulátorový šroubovák Nexo všechna kritéria Průmyslu 4.0.

V souladu s povinným sledováním a dokumentací u bezpečnostně kritických šroubových spojů je nutné měřit krouticí moment a úhel pootočení přímo na šroubováku; toho lze dosáhnout například pomocí snímačů úhlu natočení a krouticího momentu. Nepřímé měření pomocí použitého proudu je nedostatečné. Pro každý proces šroubování generuje rozsáhlý senzorový systém Nexo až čtyři stránky formátu DIN A4 dat, která jsou k dispozici v otevřeném formátu JSON (JavaScript Object Notation). Process Manager obdrží přesný graf pro rychlou analýzu každého případu utažení. Porovnáním tohoto procesu s optimálním postupem lze odhalit mnohem více montážních chyb, než stanovuje právní rámec. Například při montáži baterií lze při utahování kabelové svorky zjistit nesprávný kabel díky předdefinovaným parametrům ve šroubovacím programu. Dalšími příklady jsou nesprávné šrouby a chybějící nebo zdvojené podložky.

Velikost databáze také určuje, jak účinná je strategie prevence poruch a jak efektivně lze zabránit nákladnému přepracování. Montáž baterie probíhá v přesně stanoveném pořadí, přičemž nesmí chybět ani být vadný žádný šroubový spoj. Aby bylo možné kontrolovat počet šroubových spojů v procesu a okamžitě identifikovat NOK spoje (nejsou v pořádku), lze pro každý případ utahování vytvořit samostatný program, který je následně rozdělen až do 12 kroků – včetně povolování a opětovného utahování. Pracovník je přesně naváděn ve spojení se zobrazovacím terminálem a lokalizačním řešením. Například modrý bod na monitoru ukazuje další polohu utažení; po úspěšném utažení se změní na zelený. Je také možné přerušit sekvenci utahování. Příslušná pozice utažení se uloží a zobrazí se pracovníkovi po obnovení úkolu. Pokud není šroubovák ve správné poloze, nedostane souhlas. Odpovídající lokalizace šroubováku může probíhat pomocí triangulace mezi vysílačem a přijímačem, pomocí kamerové technologie, ultrazvuku nebo jejich kombinací. U stacionárních systémů lze šroubovák umístit s přesností na 10 mm.

Díky inteligentním, kompletním systémům pro spolehlivé šroubování mohou výrobci automobilů, dodavatelé a poskytovatelé služeb účinně chránit zdraví svých pracovníků, zvýšit produktivitu nad rámec povinného monitorování a dokumentace a dlouhodobě zabezpečit a optimalizovat kvalitu procesu. Kromě toho lze složité montážní postupy baterií pro elektromobilitu navrhnout tak, aby nejen odpovídaly normám, ale byly také účinné a bezporuchové.