Herramientas de fijación para ensamblaje de vehículos eléctricos

Los voltajes de hasta 800 voltios están involucrados cuando los ensambladores instalan paquetes de baterías en los vehículos. Para garantizar que no se dañen personas ni materiales, se presta especial atención a la seguridad, la protección contra incendios y los métodos de montaje. Foto cortesía de Desoutter

Un robot inserta hasta 33 paquetes de baterías, cada uno un poco más grande que una caja de zapatos, en la carrocería de un automóvil. Luego, un sistema de atornillado automático instala tornillos para mantenerlos en su lugar. Foto cortesía de Desoutter

La tecnología de posicionamiento de Nexonar se utiliza para garantizar la calidad en las estaciones de retrabajo. El sistema utiliza tecnología infrarroja y una cámara para identificar exactamente dónde se encuentra una herramienta de sujeción en el espacio. Foto cortesía de Desoutter

Las herramientas para atornillar cerca de baterías de alto voltaje están equipadas con mandriles aislados galvánicamente para proteger a los trabajadores. Foto cortesía de Desoutter

Este destornillador inalámbrico está equipado con un transpondedor Nexonar en la parte inferior de la batería. Esto permite posicionar la herramienta en un tornillo con precisión milimétrica. Foto cortesía de Desoutter

Las superficies metálicas de esta herramienta están recubiertas con un plástico aislante eléctrico para evitar cortocircuitos en las baterías. Foto cortesía de Desoutter

La necesidad de ampliar la gama de vehículos eléctricos está empujando a los fabricantes de automóviles a adoptar voltajes de batería más altos. La mayoría de los vehículos eléctricos de pasajeros funcionan con un paquete de baterías de 400 voltios, mientras que los autobuses y camiones eléctricos funcionan con paquetes de baterías de 600 voltios. Ahora, los OEM están comenzando a adoptar paquetes de baterías de 800 voltios para vehículos de pasajeros.

Un paquete de baterías EV consta de muchas celdas individuales conectadas en serie. Cada celda suministra de 3,1 a 4,2 voltios. Un sistema de 800 voltios nominales contiene aproximadamente 198 celdas en serie, lo que da un voltaje de paquete general de 610 a 835 voltios. Por el contrario, una batería de plomo-ácido para un automóvil a gasolina contiene seis celdas en serie, para un voltaje total de 12 voltios.

Para un fabricante de automóviles alemán, ese aumento dramático en el voltaje ha generado preocupaciones sobre la seguridad en la línea de ensamblaje. Los voltajes de hasta 800 voltios están involucrados cuando los ensambladores instalan paquetes de baterías en los vehículos. Para garantizar que no se dañen personas ni materiales, se presta especial atención a la seguridad, la protección contra incendios y los métodos de montaje.

Otra preocupación importante es la garantía de calidad, ya que las uniones roscadas para los paquetes de baterías pertenecen a la clase de seguridad A. Esto significa que existe un riesgo para la vida y la integridad física si fallan. Por lo tanto, la calidad de la conexión por tornillo debe garantizarse y documentarse, independientemente de si los elementos de fijación se instalan manualmente o con un sistema automatizado.

Las herramientas de sujeción de Desoutter están ayudando a la empresa automotriz a enfrentar ambos desafíos.

Hasta 33 paquetes de baterías, cada uno un poco más grande que una caja de zapatos, pero significativamente más pesado, se insertan individualmente en carrocerías de automóviles de aluminio soldado. Esto lo hace un robot en una estación de trabajo totalmente automatizada. Luego, cada paquete se fija con cuatro tornillos. Dado que la velocidad y la calidad son fundamentales, los tornillos se instalan mediante un sistema totalmente automático diseñado por Desoutter.

Cuatro husillos de atornillar conectados instalan los tornillos simultáneamente, aplicando hasta 20 newton-metros de torque. Los tornillos se alimentan automáticamente desde una tolva mediante un alimentador escalonado y se soplan a través de una manguera a cada eje. Cuando llegan al componente, se configuran automáticamente al mismo tiempo y se aprietan sincrónicamente para alcanzar el par final.

"Los destornilladores están controlados por nuestro software", explica Maximilian Wien, gerente senior de cuentas para la industria automotriz en Desoutter. "La tecnología de alimentación está controlada por el fabricante de la máquina, a quien le suministramos la neumática y el plan de proceso. Los datos de atornillado se documentan en el sistema de software del taller del cliente, para el cual suministramos la interfaz".

Cuando la plataforma de montaje entró en funcionamiento en 2018, la automotriz fue la primera en trabajar con 800 voltios en sus modelos eléctricos. "Ese fue un gran desafío en ese entonces, porque teníamos que proteger a los trabajadores en las estaciones de trabajo manuales en consecuencia", recuerda Wien. "Todas las uniones roscadas que se clasifican como 'incorrectas' después del ensamblaje automático se desvían a las estaciones de trabajo manuales para su reelaboración".

El retrabajo de las conexiones de la batería y el montaje manual de las barras colectoras se llevan a cabo con destornilladores angulares con cable Desoutter. "Para proteger a los trabajadores, utilizamos portabrocas con aislamiento galvánico", explica Wien. "Las superficies metálicas de los destornilladores también están recubiertas de plástico. Porque si el trabajador coloca un destornillador sin aislamiento en el componente, podría unir dos polos y provocar un cortocircuito. Para evitar esto, todo lo que conduce la electricidad está cubierto".

Las normas que regulan el manejo de conexiones roscadas de alta tensión en la fabricación de automóviles provienen originalmente del sector de la construcción. Muchos OEM y proveedores exigen el cumplimiento de dichos estándares como punto de referencia.

Otra medida de seguridad es el control de todos los paquetes de baterías mediante una cámara termográfica. Los paquetes se conducen de una estación a otra con vehículos de guiado automático (AGV). Si la temperatura de un módulo supera el valor límite, el AGV se expulsa automáticamente de la sala.

Además de la seguridad laboral, el aseguramiento de la calidad en las estaciones de retrabajo es un tema importante. La tecnología de posicionamiento Nexonar de Desoutter ayuda. El sistema utiliza tecnología infrarroja para identificar exactamente dónde se encuentra la herramienta de sujeción en el espacio. El único requisito es el contacto visual entre una cámara especialmente equipada y un rastreador de infrarrojos en la herramienta. El rastreador emite una señal LED inconfundible que es reconocida por la cámara.

El software del sistema almacena las coordenadas espaciales de la estación, por lo que puede determinar la posición del seguidor en relación con los lugares de fijación en el momento del montaje. Los rastreadores de referencia adjuntos al componente también transmiten su posición exacta. Luego, el software se asegura de que el trabajador solo pueda usar el destornillador en el lugar de fijación deseado. Además, el software guía al empleado a través del proceso de ensamblaje paso a paso, aumentando la eficiencia y evitando errores. El software también documenta la posición de cada pieza durante el montaje, proporcionando una trazabilidad completa.

Lograr que el sistema funcionara fue "desafiante, pero factible", recuerda Wien.

"Durante el posicionamiento, el sistema funciona con una precisión de ±1 milímetro", explica. "Por supuesto, deben tenerse en cuenta las tolerancias en el posicionamiento de los componentes y el juego de la salida de la herramienta. En general, teníamos que poder distinguir entre dos posiciones de tornillo en esta estación que están separadas por solo 16 milímetros.

"Incluso el aislamiento galvánico trae consigo una cierta cantidad de juego", continúa. “Y esto aumenta en consecuencia con un poco de 150 milímetros de longitud. Además, el AGV no siempre está en el mismo lugar con el componente. Aunque ingresa a la estación en una cinta magnética, hay desviaciones de 25 a 30 milímetros. "

Dichos errores de posicionamiento de los AGV se compensan con dos rastreadores de referencia en el componente.

Las propias estaciones de retrabajo están equipadas con cuatro cámaras que siempre vigilan el componente. Esta disposición general garantiza un posicionamiento seguro incluso en condiciones difíciles.

"Con la ayuda de los dos rastreadores del componente, podemos identificar su posición exacta", explica Wien. "Eso significa que no importa dónde se encuentre exactamente el AGV. Porque siempre que el componente esté en el campo de visión de las cámaras y los rastreadores de referencia sean visibles, las desviaciones se neutralizan y podemos mantener la tolerancia de 16 milímetros. "

Los rastreadores están ubicados en lados opuestos de la carrocería del vehículo. Usando datos CAD del vehículo, los ingenieros determinaron la posición óptima de los rastreadores para el sistema de localización. Luego, usaron la impresión 3D para crear una plantilla para ubicar los rastreadores de manera consistente. A medida que el AGV ingresa a la estación, el trabajador configura los rastreadores y los retira antes de que la pieza de trabajo abandone el área de reprocesamiento.

Otro rastreador está instalado permanentemente en cada uno de los tres destornilladores, que se utiliza para determinar la posición precisa de la herramienta. Este se alimenta con energía a través del sistema eLink de Desoutter. Los rastreadores de referencia en la pieza de trabajo están equipados con una batería de 18 voltios que garantiza un tiempo de funcionamiento de tres a cuatro semanas por ciclo de carga. El posicionamiento se completa con el software Assembly-Scout de Desoutter y un controlador independiente que administra las cámaras independientemente del sistema del cliente.