A Volkswagen és a ZEISS közösen dolgozik az elektromos hajtások minőségellenőrzésében felmerülő kihívások megoldásán.
A Volkswagen salzgitteri alkatrészüzeme fontos alkatrészeket gyárt az APP 310-hez, egy olyan elektromos hajtáshoz, amellyel az idei évtől a vásárlók széles köre számára válik elérhetővé az elektromobilitás. A hajtás innovatív hajtű (hairpin) állórész koncepciója teljesen új kihívások elé állítja a minőségbiztosítást. A választ a ZEISS Industrial Quality Solutions mérési megoldásai kínálják. Most már elhárult az akadály az elektromos hajtás nagyszériás sorozatgyártása elől.
310 newtonméteres maximális nyomaték 204 LE és 550 km-es hatótáv. Ezek a VW ID.3, a Volkswagen első tisztán elektromos hajtással gyártott járművének fő paraméterei. A kompakt autó az első a Volkswagen csoport által tervezett elektromos járművek sorában, ahol egyébként következetesen törekszenek arra, hogy más gyártók előtt járjanak az elektromos hajtás terén. A VW elektromos jövője lassan valósággá válik; hamarosan akár 500 000 ID.3 autó gördülhet le az összeszerelő sorokról csak Németországban. További gyártóüzemek olyan országokban, ahol nagy az igény az elektromos autókra, mint például Kínában, még tovább növelik ezt a mennyiséget.
Az APP 310 elektromos hajtás alapvető részegységei – a Volkswagen moduláris elektromos hajtás mátrix (MEB) platformjának részeként – a Volkswagen Group Components üzemében készülnek, Salzgitterben. Ilyen egységek a forgó- és az állórész. Az állórész esetében a Volkswagen egy innovatív megoldás, a hajtű technológia mellett döntött. Ennek köszönhetően, az állórészek a belső égésű motorokéval azonos ciklusidőkkel gyárthatók, de ebben nem merül ki minden előnyük:
„A hajtű technológia határozottan nagyobb teljesítményt nyújt a hagyományos elektromos hajtáshoz képest, illetve számottevően könnyebb is”
– magyarázta el Philip Kurz, a salzgitteri alkatrészüzem motortervezésért és tesztelésért felelős szakembere.
„Ez – ahogy Kurz állítja – egy olyan technológia melyen számos gyártó dolgozik, de kétség sem fér hozzá, hogy mi vagyunk az elsők, akik eljutottunk a nagytételű sorozatgyártásig.”
Viszont a kirakós egyik fődarabja, a minőségbiztosítás, kezdetben problémát jelentett az üzem számára. A hajtűket, jellegükből adódóan, nem lehet a motorgyártásban hagyományosan alkalmazott tapintós vagy optikai módszerekkel mérni. Éppen ezért, az elmúlt években a ZEISS a Volkswagennel közösen kifejlesztett egy olyan mérési megoldást, amely a VW minden igényét kielégíti, és lehetővé teszi az autógyártó számára, hogy a tervek szerint megkezdhesse elektromos járműveinek nagytételű sorozatgyártását.
Minőségbiztosítás a motorgyártás teljesen új világa számára
Az AP 310-esben, ahogy az elektromos hajtást házon belül hívják, alkalmazott új állórészben rézbevonatú „hajtűk” találhatók a rézhuzal tekercs helyett. Automatizált folyamat során hajlítják meg a túlméretezett hajtű formákat, amit a neve is sugall. A hajtűk és a gyártásukhoz alkalmazott folyamat jellegéből adódóan, a hagyományos méréstechnika nem bizonyult elég hatékonynak, mondta el Pascal Schmidt, a salzgitteri minőségbiztosítási csapat egyik tagja:
„A réz könnyen deformálódik, így nem alkalmazhatunk tapintós módszereket. Ezen kívül fényes és félig-átlátszó, amitől nehézkesen érzékelhetők optikai szenzorokkal.”
Ehhez társul még az a tény is, hogy a gyártásban lévő hajtűk alakja nem azonos azzal, amit az állórész hornyaiban való beszereléskor felvesznek. Végül, de nem utolsó sorban a „virtuális beszerelő tok” teljesen új megközelítést igényel a motorgyártás minőségbiztosításában. A tekercsfejet, amely száznál is több hajtűből áll, szenzorokkal kell letapogatni. A virtuális beszerelő tok mérete azonos az elektromos hajtás házáéval, és a hajtűk semmilyen körülmények között nem érintkezhetnek vele. Ebből adódóan, a Volkswagennek olyan mérési megoldást kellett találnia, amely alkalmas a hajtű anyagának kezelésére, ugyanakkor képes beszkennelni a teljes tekercsfejet és a hajtűket is mind gyártási, mind beszerelési állapotukban. Emellett egy olyan hatékony mérési stratégiát is ki kellett dolgozniuk, amely megfelel az elektromos hajtásokra vonatkozó összes jogszabályi és belső vállalati biztonsági és minőségi követelménynek. A hajtással szemben támasztott 16 000 f/p fordulatszám elvárás a legmagasabb minőségű alkatrészeket kívánja meg.
A válasz nem más, mint a multiszenzor rendszerek és az adaptált berendezések
„Egyáltalán nem a pontosság volt a probléma”
– hangsúlyozta Philip Kurz.
„A hagyományos motorgyártásban időnként ezredmilliméterekről beszélünk. Elektromos hajtásaink tűrései kisebbek. Sokkal inkább a megvalósíthatóság volt kérdéses.”
2019 elején a ZEISS és a Volkswagen Group Components közös projektbe kezdett Salzgitterben azzal a szándékkal, hogy megoldást találjanak ezekre minőségbiztosítási kihívásokra.
„Miután meghatároztuk a szenzorokra vonatkozó házon belüli követelményeket, világossá vált, hogy a ZEISS PRISMO multiszenzoros koordináta-mérőgép az ideális megoldás”
– mesélte Kurz.
A kiválasztott összeállításban, a koordináta-mérőgépet ZEISS VAST XXT tapintó-szkennelő mérőfejjel, a ZEISS LineScan optikai szenzorral és a ZEISS DotScan fehérfényű szenzorával, illetve forgató egységgel szerelték fel. Ahol lehetséges ott a VW a tapintós eljárás alkalmazását részesíti előnyben az állórész lemez alkatrészek kötegeinek mérése során, mivel ez a legpontosabb módszer. A virtuális beszerelő tokot a ZEISS LineScan vizsgálja, és pontfelhő formátumban digitalizálja a tekercsfejet, amely azután összevethető a célzott CAD modellel. A hajtűk mérése a ZEISS DotScan feladata.
A hajtűk beszerelést megelőző, egyenkénti vizsgálatára a ZEISS kifejlesztett egy berendezést, amely képes a méréshez pontosan ugyanolyan pozícióban befogni a hajtűket, mint amelyet az állórészbe való beszereléskor elsődlegesen felvesznek.
„Ez nem új keletű eljárás. A karosszériaépítésben is alkalmazzák például. Mester befogásnak hívják”
– magyarázta el Philip Kurz.
„Viszont mi vagyunk az elsők, akik ezt az elvet felhasználják a motorgyártásban.”
Ami a lemez köteget illeti, a ZEISS itt is kidolgozott egy befogó eszközt, amellyel az megismételhető módon rögzíthető tapintó méréshez.
Közös fejlesztésű, átfogó megoldás
Nem csupán a ZEISS berendezések terén felmutatott szakértelme volt az egyetlen, ami meggyőzte a Volkswagent az együttműködésről.
„Másik döntő tényező volt számunkra a hardver és a szoftver zökkenőmentes működése”
– folytatta Kurz.
„Minden szenzor típusnál a ZEISS CALYPSO rendszerrel dolgoztam. Az összes mérési adat ott gyűlik össze, és mindent dokumentálhatok párhuzamosan a ZEISS PiWeb-en. Ez egy teljesen átfogó megoldás, mely elképesztően intelligens, stabil és felhasználóbarát.”
Ez rendkívül fontos a Volkswagen számára, tekintettel arra, hogy az elektromos hajtás minőségbiztosítása közvetlenül a gyártás alatt történik. Nem a mérést végző mérnökök, sokkal inkább a termelés dolgozói végzik nap, mint nap a véletlenszerű ellenőrzéseket a legyártott és összeszerelt részegységeken. Pascal Schmidt szerint, aki a termelő kollégákat felügyeli fent említett feladataik végrehajtásában, optimálisan fel vannak szerelve ehhez:
„A CALYPSO révén a ZEISS átlátható felületet biztosít, melynek képei és szövegei alapján a kezelő kiválaszthatja, amit szeretne. A kezelő behelyezi a mérni kívánt alkatrészt, megadja melyik gépről származik az adott darab, kiválasztja a mérőprogramot, majd automatikusan lefuttatja a mérést. Gyakorlatilag semmi hiba nem történhet.”
Ezen kívül, a ZEISS PiWeb is meggyőző teljesítményt nyújt, gyorsan és egyszerűen előállított, lényegre törő mérési jegyzőkönyveivel, a mérési adatok átlátható megjelenítésével – egyebek mellett CAD nézetek, alak diagramm, színesábrázolás és hisztogramok formájában.
Philip Kurz szintén elégedett, hogy a Volkswagen átfogó megoldást talált legújabb generációs hajtásaihoz:
„Jó berendezésekre van szükségünk olyan beszállítóktól, akik tisztában vannak azzal, hogy mi forog kockán. A ZEISS kiváló és alaposan kifejlesztett termékeket gyárt. Mi, a tervezésben résztvevők soha nem konkrét eszközöket keresünk, hanem egy átfogó mérési megoldást. A ZEISS megérti termékeinket és mérési szükségleteinket, ezzel pedig képes saját portfólióján belül összeállítani az igényeinkhez legjobban illeszkedő, ideális megoldást.”
A Volkswagen így a tervezett gyártási mennyiség elérésére összpontosíthat. A MEB platform további modelljei, mint a VW ID.4 elektromos SUV és a VW ID.5 coupé már a startmezőn állnak. A Volkswagen hajtűvel ellátott elektromos hajtásának jövője tele van potenciális alkalmazási lehetőségekkel – és a ZEISS, valamint a Volkswagen közösen fejlesztett mérési megoldásainak hála, ez a jövő már garantált.
