Batteriewannen sind feste Bestandteile in E-Fahrzeugen. Ihre Bauteile werden entlang einer Produktionsstraße mechanisch bearbeitet und entgratet. Im Anschluss ist eine gründliche Reinigung fällig, die sowohl verbleibende Ölspuren als auch Späne restlos entfernt. Danach werden die Wannenbestandteile weitertransportiert und zusammengeschweißt.
Für den Reinigungsschritt hat das Unternehmen Purima eine automatische Reinigungsanlage entwickelt. Sie wurde nach den Prozessanforderungen des Automotive-Kunden gefertigt und nahtlos in dessen Produktionslinie integriert.
Diverse Herausforderungen beim Anlagenbau
Span- und Fleckenfreiheit, restlose Trocknung des Reinigungsgutes, eine Oberflächenspannung von mindestens 36 mN/m und eine hohe Taktzeit – das sind auf den Punkt gebracht die Anforderungen, die der Kunde an die zu reinigenden Aluminiumbauteile stellte. Um sie zu erfüllen, entschied sich Purima für die Konstruktion einer vollständig aus Edelstahl bestehenden Reinigungsanlage mit dem Namen Flowtronic H-V-HD. Sie behandelt das Reinigungsgut entlang einer horizontalen Förderlinie in fünf wässrigen Prozesskammern und drei Trocknungszonen.
Die Aluminiumbestandteile der Batteriewannen variieren in Größe und Form sehr stark. Transportiert werden müssen Kleinteile, die in Körben positioniert werden, längliche Hohlkammerprofile und großdimensionierte Bodenplatten. Dies stellte Purima vor einige Herausforderungen.
Um eine hohe Taktzeit bei einem vollautomatisierten Prozess zu gewährleisten, entwickelte das Unternehmen deswegen universelle Warenträger für alle Wannenteile, die durch Roboter mit einer Präzision von ±1 mm an einem definierten Platz auf dem Warenträger abgelegt werden und im Kreislauf die gesamte Fertigung durchlaufen. Auch innerhalb der Behandlungszonen galt es, eine optimale Positionierung der Warenträger innerhalb der Anlage sicherzustellen. Per SPS-Steuerung wird diese in allen Reinigungsstufen kontrolliert.
Des Weiteren besitzen die zu reinigenden Teile ein hohes Gewicht und sind im Falle der Bodenplatten sehr groß. Ein Warenträger muss somit für eine Kapazität bis zu 300 kg ausgelegt sein; außerdem müssen auf ihm Werkstücke mit Maßen bis zu 1,6 m x 2 m Platz finden. Nicht zuletzt aufgrund der Größe des Reinigungsguts und der auf den Prozess abgestimmten Reinigungskammern und Trocknungszonen verfügt die entstandene Anlage über eine Gesamtgröße von 30 m x 5,5 m x 5 m.
Doch wie erkennt die vollautomatisierte Anlage, welche der möglichen Bauteiltypen in die Anlage gefahren und gereinigt werden müssen? Hierzu wurde an der Warenträger-Übergabestation das Auslesen eines RFID-Tags integriert, sodass Informationen über das Reinigungsgut direkt in der Steuerung verarbeitet und gemäß einer Shift-Register-Programmierung in alle Reinigungsstufen weitergetragen werden. In den Reinigungsstufen wird so stets das jeweils richtige Behandlungsprogramm für jede Werkstückgruppe aktiv.
Reinigungswasser kontrollieren, aufbereiten und entsorgen
Der Automotive-Kunde verfügt am Produktionsstandort über optimale Wasserqualität und betreibt daher die Reinigungsanlage mit Stadtwasser. Beheizt werden die Anlagenbecken mit je 5 m3 Füllvolumen durch Heizelemente in Schutzrohren und Fernwärme, wobei die maximale Aufheizzeit nicht mehr als zwei Stunden betragen darf. Damit die Zieltemperatur von 60° C in allen Reinigungsbädern konstant auf einem Niveau bleibt und die Fernwärme optimal nutzbar wird, sind außerhalb der Tanks Plattenwärmetauscher und automatische Regelventile installiert.
Trotz guter Ausgangsqualität ist das zugeführte Wasser konstant zu überwachen und optimal zu filtern. Auf Wunsch des Kunden findet bei der Vorreinigung deswegen eine manuelle Badkontrolle statt, in der das Wasser chemisch überprüft wird, während in den Spülstufen der Reinigung eine automatische Ermittlung der Wasserqualität erfolgt.
Außerdem wird im Reinigungsprozess gemäß einer Full-Flow-Filtration mittels Spezialfiltern das Wasser im Kreislaufsystem konstant gefiltert: Das Reinigungsgut wird auf diese Weise ausschließlich mit Wasser beaufschlagt, das die Kundenvorgaben erfüllt. Sollten erforderliche Leitfähigkeitsmesswerte überschritten sein, erfolgt ein automatischer Wasseraustausch.
Alle Abwässer aus der Reinigungsanlage werden in einer Wasseraufbereitungsanlage gereinigt, die sich im hinteren Teil der Anlage befindet. Aufgabe der 50 m2 großen, separaten Anlage ist es, Abwasser chemisch-physikalisch wieder so aufzubereiten, dass es ins öffentliche Kanalsystem einleitbar ist.
Durch den Spritzprozess mit beheizten Medien bilden sich Dämpfe, die von Schwadenkondensatoren über das Dach der Produktionshalle nach außen abgeleitet werden. Das Kondenswasser wird zurückgeführt. Eine elektrische Höhenkontrolle überwacht außerdem kontinuierlich die Füllstände der Tanks.
Sicher begehbar, einfach bedienbar
Die Anlage erstreckt sich über drei Ebenen. Während sich in den unteren Filtrations- und Pumptechnik befindet, ist die obere beispielsweise für Wartungsarbeiten begehbar und mit einem Geländer gesichert. Zum Schutz vor Leckagen verfügt die Reinigungs- ebenso wie die Wasseraufbereitungsanlage über eine Auffangbodenwanne.
Alle Anlageninformationen werden direkt an das kundenseitige Softwaresystem weitergegeben und lassen sich jederzeit abrufen. Die Anlage verfügt ebenfalls über die Möglichkeit eines externen Zugriffs, sodass Fernwartungstätigkeiten durchführbar sind.
Reinheit in fünf Schritten
Die Beförderung in die Reinigungsanlage erfolgt, nachdem ein beladener Universalwarenträger über das kundenseitige Förderungssystem an der Annahmestation der Reinigungsanlage angeliefert wird und der RFID-Tag ausgelesen ist. Nun beginnt der Prozess der ersten Vorreinigungsstufe.
Dabei wird das Reinigungsmedium beaufschlagt, wobei – wie auch in allen anderen Reinigungsstufen – die Spritzregister immer bestmöglich auf den Warenträger ausgerichtet sind. Die Beaufschlagung findet je nach Bedarf von der Seite oder von oben statt. Zudem oszillieren die Spritzregister: Das soll sicherstellen, dass die Bauteile und sich darin befindende Hohlkammern flächendeckend mit dem Reinigungsmedium behandelt werden.
Das Reinigunsmedium, welches sich am Schrägboden der Kammer ansammelt, läuft schwerkraftbedingt in jeder Reinigungskammer wieder zurück in den Speicherbehälter. Anfallende Späne werden im ersten Reinigungsschritt in einer Einlauftasche im Speicherbehälter gesammelt, über eine Förderschnecke aus dem Tank isoliert und in eine dafür vorgesehene Mulde abgeleitet. Des Weiteren entfernen Filtereinheiten in jeder Reinigungsstufe Schmutzpartikel aus dem Prozessmedium, das in Filterbeuteln oder -Kerzen gesammelt wird.
Nach Abschluss der ersten Reinigungsstufe taktet die Maschine einen Schritt weiter. Auch in der zweiten Vorreinigungsphase findet eine Beaufschlagung mit einem Reinigungsmedium statt. Im Unterschied zum ersten Reinigungsverfahren blasen Hochdruckventilatoren die Bauteile auf dem Warenträger während des Transportes in die nächste Kammer. Das vermeidet Flüssigkeitsnester und minimiert eine Verschleppung ins nächste Prozessmedium. Die Vorreinigung ist an dieser Stelle beendet und die Maschine taktet einen Schritt weiter.
Nun folgen drei Spülstufen. In den Spülkammern werden dabei entsprechende Bauteile jeweils mit Spülwasser statt mit einem Reinigungsmedium beaufschlagt. Am Ende des Prozesses werden sie, wie schon in der zweiten Vorreinigungsstufe, abgeblasen. Damit alle Teile die Anlage restlos getrocknet verlassen, wird das Reinigungsgut nach den drei Spülstufen in drei aufeinanderfolgenden Trocknungszonen mit heißer Umluft abgeblasen und schließlich an der Entladestation ausgeliefert.
Der Transport der Warenträger erfolgt durch Förderketten. Alle Prozesskammern der Reinigungsanlage sind durch dicht schließende Hubtüren voneinander getrennt, sodass Prozessflüssigkeiten nicht in die darauffolgenden Kammern verschleppt werden. Sobald ein Warenträger alle Behandlungsstufen durchlaufen hat, kann er an der Entladestation übergeben und dem kundenseitigen Schweißprozess überführt werden.
Purimas Reinigungsanlage konnte den Anforderungen des Automotive-Großkunden in jedem Punkt gerecht werden. Wie vorgegeben wird durch sie nun alle 100 Sekunden ein rückstandslos gereinigter Warenträger an der Entladestation ausgeliefert. Die Integration in den laufenden Weiterverarbeitungsprozess ist dabei reibungslos gelungen.
