The CompoTech all carbon composite Automation gondola
napsáno Tomáš Staněk na 7 dubna, 2022 v feature News

Standardizace nástrojů lisovací linky a zvýšení produktivity

Nejnovější společný vývojový projekt firem Compo Tech PLUS a Bilsing Automation (Attendorn, Německo) přinesl nové rameno z uhlíkových vláken pro koncové nástroje – End Of Arm Tooling (EOAT) určený pro lisovací linky v automobilovém průmyslu s využitím přísavek. Tento typ EOAT se díky svému tvaru většinou nazývá gondolový nosník. Má dva symetrické nosníky čtvercového průřezu připevněné k plochému střednímu kusu. Ramena nesoucí přísavky jsou připojena ke gondolovému nosníku pomocí nástrojových hnízd.

Společný projekt inicioval přední výrobce karoserií, který potřeboval svou vlastní konstrukci gondolového nosníku, který by byl alternativou k stávajícímu hybridnímu nosníku z hliníku a uhlíkového kompozitu. Hlavním cílem projektového týmu byl vývoj tužšího a delšího nosníku EOAT, který zajistí požadovanou zaměnitelnost standardních přísavkových hnízd v celém závodě a tím jejich jednodušší správu.

Nová konstrukce celokarbonového 2,6 metru dlouhého nízkoprofilového gondolového nosníku umožnila výhodnou standardizaci nástrojových hnízd „One Touch Adaptor (OTA)“ mezi různými používanými typy EOAT – v rámci celého závodu. Doba montáže nástrojových hnízd a náklady na údržbu, díly a skladování související s OTA se tím snížily na polovinu.

Propojený gondolový nosník a díl karoserie

Mezi hlavní výrobní přínosy tohoto projektu patří vyšší nosnost a výrazně vyšší produktivita, která překonala limit původních hybridních gondol z kovových kompozitů, který činil devět zdvihů za minutu. Tužší celokompozitová gondola umožňuje lisovacím linkám pracovat o více než 75 % rychleji, tedy provádět až 16 zdvihů za minutu.

CompoTech má prokazatelné zkušenosti s konstrukcí a výrobou inovativních obráběcích strojů a automatizačních řešení z uhlíkových vláken nahrazujících ocel a hliník. Díky své vlastní technologii automatizovaného kladení vláken (AFL) může CompoTech nabídnout tužší a lehčí výrobní komponenty s lepším tlumením vlastních frekvencí. Ty výrazně zvyšují produktivitu a snižují celkové výrobní náklady.

Bilsing Automation je světovým lídrem v lisovacích a karosářských nástrojích EOAT pro automobilový průmysl a v oblasti vývoje inovativních modulárních průmyslových nástrojových systémů. Společnost má vedoucí postavení v oblasti automatizovaných nástrojů využívajících uhlíkové kompozity, na jejichž vývoji a výrobě spolupracuje se společností CompoTech.

Kompletně sestavený nový karbonový gondolový nosník CompoTech s přípravou pro rychlou výměnu nástrojů a s připojenými jednodotykovými adaptéry (OTA), které umožňují výměnu nástrojů mezi různými typy EOAT používanými v továrně.

Konstrukční parametry modernizované gondoly

Aby společnost CompoTech dosáhla požadovaných konstrukčních parametrů pro EOAT standardizovaných pro tandemové lisovací linky, vyvinula laminát s použitím dvou typů uhlíkových vláken. Specifikace návrhu vycházela ze skutečných údajů generovaných lisovací linkou v továrně. Epoxidový karbonový laminát pro jednotlivé sekce nové gondoly využívá kombinaci tkaniny PAN a exiálních vláken – kladených pomocí firemní technologie AFL a přesně umístěných tam, kde je třeba.

Modernizovaná gondola má celkovou šířku 2,6 m, musí unést užitečné zatížení až 100 kg a s minimální deformací pracovat při zrychlení 2 G (~20 m/s2), a to ve vertikálním i horizontálním směru (kolmo k ose nosníku). Nízkoprofilová konstrukce minimalizuje rozevírání lisu, což zkracuje dobu procesu – pokud je namontován pod lineární osou. Tam je lineární pohyb zajištěn vlastní 7. osou (viz 7., 8. a 9. osu) šestiosých tandemových ramen podávacích robotů instalovaných na stávajících lisovacích linkách. Nabízí rychlejší a efektivnější přenos karosářských dílů a větší dosah šestiosé základní robotické jednotky.

Kombinace karbonových technologií

Gondolový nosník z uhlíkového kompozitu se skládá ze tří částí: dvou dutých čtvercových karbonových nosníků (80 × 80 mm) a zešikmené karbonové střední části tvarované do dvou polovin (horní a spodní). Všechny tři části jsou pak slepeny dohromady a v klíčových místech zatížení převinuty dalšími vlákny pro dodatečné vyztužení. Celý kompozitový gondolový nosník váží pouhých 14 kg. Po sestavení váží plně funkční EAOT včetně namontované přípravy pro rychlou výměnu nástrojů a standardních přísavkových hnízd 35 kg.

Všechny části využívají jednosměrná axiální uhlíková vlákna s vysokým modulem pružnosti a vysokopevnostní vlákna PAN, a to v různých kombinacích vrstvení laminátu v horní, spodní a boční části. V klíčových bodech délky konstrukčních nosníků jsou nalepeny kompozitní podložky opracované tak, aby poskytovaly přesný povrch pro montáž nástrojových hnízd EOAT. Dynamické zatěžovací zkoušky plně sestavené karbonové gondoly potvrdily vysokou tuhost laminátového systému s maximální deformací pouhých 4,9 mm.

Originální kladení vláken AFL firmy CompoTech

Gabriel Martinot, hlavní konstruktér společnosti CompoTech vysvětluje, jak přistupovali k projektu, aby splnili všechny konstrukční parametry: „Klíčem bylo navrhnout gondolu tak, aby střední část měla podobnou tuhost v ohybu jako nosníky profilu 80×80 mm a aby nedocházelo ke koncentraci napětí. Geometrickou ztrátu tuhosti měla kompenzovat vlákna UD. Vytvořili jsme proto polotovary z uhlíkové tkaniny s ultravysokým modulem pružnosti pro středové těleso. Firemní proces AFP nám umožňuje automaticky a přesně klást vlákna XN-80 UD na tkaninu PAN a kombinovat tak axiální uhlíková vlákna pod úhlem 0° se standardní tkaninou PAN +/-45°. Tím jsme dosáhli nejvyšší tuhosti středového nosníku přesně tam, kde to bylo potřeba.“

Gabriel pak vysvětlil další fáze výroby nové karbonové gondoly: „Obě poloviny středního tělesa a dva čtvercové profily nosníku se nejprve slepí dohromady a poté vloží zpět do stroje AFL, který pod úhlem 90° navine další uhlíková vlákna zajišťující zpevnění v místech, kde je nosník nejvíce zatížen. Zajistí se tím spolehlivá dlouhodobá funkčnost i při největším zatížení a výrazně sníží riziko šíření trhlin mezi součástmi gondoly.“

Zkušenosti získané při výrobě strojů a při zavádění automatizace, stejně tak jako neotřelý přístup společnosti CompoTech využívající jedinečnou technologii automatizovaného vrstvení vláken k řešení konstrukčních technických problémů se využívají i v dalších průmyslových odvětvích, jako je obrana, doprava, zemědělství, cyklistika a vodní sporty. Další informace získáte na enquire@compotech.com.