Lavaggio a secco dei motori elettrici nell'industria automobilistica

La soluzione altamente automatizzata garantisce risultati di pulizia eccellenti e tempi di ciclo ridotti

Quando si tratta di assemblare unità elettriche complesse, è impossibile evitare la contaminazione. Presso un rinomato fornitore di automobili, una soluzione di lavaggio a secco personalizzata di Ecoclean impedisce alle particelle di causare malfunzionamenti durante il successivo utilizzo nei sistemi di servosterzo. Il processo altamente automatizzato consente inoltre tempi di ciclo estremamente ridotti.

Con il crescente utilizzo di sistemi di trazione ad alta efficienza energetica - siano essi ibridi, puramente elettrici o con motori a combustione ottimizzati - un numero sempre maggiore di veicoli viene dotato di sistemi di assistenza alla guida, come l'assistenza al parcheggio, l'avviso di superamento della corsia, il pilota autostradale e l'evasione automatica, fino alla guida autonoma. I componenti che controllano ed eseguono queste funzioni devono garantire la massima sicurezza e affidabilità. Tra questi componenti vi sono i motori elettrici per il servosterzo, che vengono costantemente sviluppati dai produttori di sistemi e adattati ai nuovi requisiti.

I processi di assemblaggio come fonte di ricontaminazione

Le specifiche più severe non si applicano solo alla pulizia tecnica dei componenti, ma anche alle linee di assemblaggio. Questo perché spesso i processi di assemblaggio generano particelle. L'attenzione non è rivolta solo alle particelle metalliche, che possono compromettere le prestazioni dei motori elettrici e causare cortocircuiti nel funzionamento successivo. Esiste anche il rischio di contaminazione non metallica e di fibre che, assorbendo umidità, possono diventare conduttrici di elettricità.

Presso un rinomato fornitore di automobili, l'ispezione finale ha mostrato che un sistema di lavaggio a secco ad aria integrato nella linea di assemblaggio non soddisfaceva le specifiche di pulizia. I responsabili del progetto del fornitore Tier-1 si sono quindi rivolti a Ecoclean GmbH. Presso la sede di Monschau, l'azienda vanta una vasta esperienza nel lavaggio a secco con aria compressa e tecnologia del vuoto, ulteriormente sviluppata per vari compiti nel campo della mobilità elettrica.

Progettazione di processi e macchine attraverso simulazioni e test

Poiché questa attività di pulizia non è un'applicazione "immediata", per progettare il processo è stato utilizzato uno speciale set-up di prova. Gli strumenti necessari sono stati sviluppati con l'aiuto della simulazione di flusso. In questo modo non solo si garantisce che il processo di pulizia utilizzi i supporti nel modo più efficiente possibile, ma anche che le particelle staccate vengano rimosse in modo affidabile dalla camera di trattamento. È stato inoltre necessario tenere conto del fatto che le particelle più piccole hanno meno probabilità di staccarsi spontaneamente dalla superficie a contatto con il mezzo di pulizia. Le simulazioni hanno permesso di adattare le aperture degli ugelli alle rispettive geometrie dei sette diversi motori e varianti. Ciò garantisce un'applicazione ottimale del mezzo e quindi la massima efficienza di pulizia con i minori costi operativi possibili. I sistemi di ugelli sono stati realizzati mediante stampa 3D.

Per i test di pulizia, le particelle standard con emulsione sono state applicate alle unità elettriche complesse e poi asciugate in un forno per circa un'ora per essere certi che la contaminazione aderisse fortemente alla superficie. Già durante le prime prove il processo di pulizia ha ottenuto risultati significativamente migliori di quelli richiesti dalle specifiche di pulizia.

Processo di pulizia affidabile e automatizzato con tempi di ciclo brevi

Un ulteriore requisito per integrare il processo sviluppato in un concetto di sistema era che il processo di pulizia doveva essere completato entro 7,8 secondi per pezzo. Per soddisfare questa esigenza, Ecoclean ha progettato un sistema altamente automatizzato dotato di due stazioni di lavorazione e due manipolatori, ciascuno con doppia pinza. I sistemi di ugelli adattati ai rispettivi motori elettrici sono collocati in un rack di utensili. Un chip RFID, montato su ogni motore elettrico e scansionato quando il motore viene inserito nel sistema di pulizia, fornisce ai manipolatori le informazioni necessarie sugli utensili da utilizzare. La sostituzione degli utensili avviene tramite un sistema di cambio rapido.

Il primo manipolatore preleva due motori alla volta dai portapezzi utilizzati per trasportare i pezzi alla macchina e li posiziona nella prima stazione. Qui i fori filettati profondi vengono puliti da ugelli ad ago controllati in permanenza. Dopo il tempo di pulizia specificato, il manipolatore 1 posiziona i pezzi nella stazione di processo 2, torna indietro e preleva due nuovi pezzi.

Nella stazione 2, progettata come una scatola di soffiaggio, i motori elettrici vengono puliti in base alla loro geometria dal sistema di ugelli adattato. Durante il processo, la lama di soffiaggio ruota per evitare che si formino aree con un flusso d'aria insufficiente (zone morte). Il processo utilizza la pressione di rete più bassa possibile. Dopo il tempo di pulizia previsto, i pezzi vengono rimossi dal manipolatore 2, che li riposiziona sui portapezzi puliti.

Prevenzione della ricontaminazione

Per ottenere un risultato di pulizia costantemente buono, non solo la contaminazione deve essere rimossa in modo affidabile dai componenti, ma si deve anche trovare un metodo per evitare che si diffonda nell'ambiente circostante. A tale scopo è stata utilizzata una cassa di soffiaggio chiusa. Grazie allo speciale design delle pareti, le particelle staccate vengono continuamente rimosse dal sistema di aspirazione. L'aria utilizzata per questa fase viene filtrata prima di essere scaricata nell'area di produzione.

Poiché sui supporti dei pezzi possono essere presenti anche particelle a rischio di ricontaminazione, queste vengono pulite in un processo di soffiatura separato mentre i componenti vengono trattati nelle stazioni 1 e 2. Devono essere rispettate le stesse specifiche di dimensione delle particelle dei motori elettrici.

Connessione al MES con trasferimento dei dati di processo

La macchina è dotata di un controller di nuova concezione, compatibile con l'Industria 4.0, integrato nel Manufacturing Execution System (MES) del fornitore Tier 1. Per garantire la tracciabilità del processo di pulizia, come richiesto dal cliente, i parametri di processo, come la pressione di processo nelle due stazioni, vengono monitorati continuamente e trasmessi al MES. Per garantire la tracciabilità del processo di pulizia, come richiesto dal cliente, i parametri di processo, come la pressione di processo nelle due stazioni, vengono monitorati continuamente e i dati trasmessi al MES.

Adattando in modo ottimale i processi di pulizia ai pezzi specifici, gli eccellenti risultati di pulizia ottenuti nelle prove vengono raggiunti in modo costante anche nella produzione in serie. L'azienda gestisce attualmente tre di queste macchine in due diversi siti produttivi.

Autore: Doris Schulz