Prípadová štúdia: Jednoúčelové zariadenie

Jednoúčelové zariadenie

Realizácia zariadenia s regulovaným nahrievaním na predohrev vrtule dúchadla klimatizačného systému.

Výskum: Jaroslav Miklušák z MECASYS & Ján Habovštiak & Jozef Medvecký, Pavol Gužik z MECASYS Design Labs

Zhrnutie

Návrh, vývoj a realizácia inovatívneho riešenia zariadenia na predohrev vrtule dúchadla klimatizačného systému motorového vozidla v mieste, kde sa lisuje os elektrického motora s cieľom zlepšenia kvality výroby.

Stanovená požiadavka klienta zahŕňala možnosť regulácie teploty dielu pomocou riadiaceho systému v reálnom čase. MECASYS vykonali dôkladnú analýzu a navrhli jednoúčelové zariadenie s presným riadením predohrevu, čo viedlo k zvýšeniu kvality lisovaného spoja medzi osou elektrického motora a vrtuľou dúchadla. Tento proces zlepšil nielen mechanickú integritu spoja, ale aj optimalizoval celý výrobný cyklus v automobilovom priemysle v procese výroby klienta.

Zariadenie bolo navrhnuté s použitím simulácie 3D modelovania, ktoré umožnilo efektívny vývoj prototypu jednoúčelového zariadenia a špeciálneho regulátora teploty v reálnom čase. Navrhnutý riadiaci softvér zabezpečil presnú reguláciu teploty a pridané boli bezpečnostné prvky s dôrazom na ochranu života a zdravia pracovníkov obsluhy. Inovácie v oblasti predohrevu komponentov a lisovania osí elektrického motora viedli tiež k výraznému zlepšeniu výrobnej efektívnosti a kvality konečného produktu o 100 %.

Popis problému

Pri výrobe a montáži klimatizačných systémov pre motorové vozidlá sa objavil problém so spoľahlivosťou lisovania osí elektrického motora a vrtule dúchadla. Spoj medzi týmito komponentmi bol vystavený vysokým mechanickým a teplotným zaťaženiam, čo mohlo viesť k oslabeniu spojenia a zníženiu celkovej životnosti systému.

Bolo potrebné zabezpečiť predohrev vrtule pred samotným lisovaním, aby sa zlepšila kvalita spoja a optimalizoval proces montáže. Výzvou bolo navrhnúť a vyvinúť systém predohrevu, ktorý by umožňoval presnú reguláciu teploty v reálnom čase a zaručoval konzistentné výsledky.
Na základe tejto požiadavky bol navrhnutý systém predohrevu, ktorý zahŕňal špeciálne vyvinutý regulátor teploty. Tento regulátor bol schopný dynamicky prispôsobovať teplotu ohrevu v reálnom čase, čím sa zabezpečila stabilita a presnosť ohrevu počas procesu lisovania. Pre tento účel bol vyvinutý špecifický riadiaci softvér, ktorý spolupracoval s ďalšími elektronickými komponentmi a senzormi, aby efektívne riadil celý systém.

Zariadenie na predohrev bolo vybavené viacerými elektronickými komponentmi vrátane snímačov teploty, PLC CPU a dátových modulov. Tieto prvky zabezpečovali kontinuálne monitorovanie a reguláciu teploty. Dotykové ovládacie panely umožňovali obsluhe jednoduchý a intuitívny prístup k systému a jeho nastaveniam. Pre samotný predohrev boli použité PWM (Pulse Width Modulation) regulátory, ktoré umožňovali jemné riadenie výkonu výhrevných telies. Tieto výhrevné telesá zaisťovali rýchly a efektívny predohrev vrtule na požadovanú teplotu, čím sa zvyšovala kvalita lisovaného spoja.

Cieľom pri implementácii tohto systému predohrevu bolo najmä zabezpečiť významné zlepšenie kvality spojov medzi osou elektronického motora a vrtuľou dúchadla. Presná regulácia teploty a flexibilita riadiaceho systému museli zabezpečiť zníženie odchýlok počas montáže a zvýšenie spoľahlivosti finálneho produktu. Inovatívne riešenie a správne integrovaný riadiaci softvér výrazne prispeje k optimalizácii výrobných procesov klienta v automobilovom priemysle.

Riešenie

Pre riešenie problému spoľahlivosti spojenia medzi osou elektrického motora a vrtuľou dúchadla klimatizačného systému bol navrhnutý inovatívny systém predohrevu. Tento systém mal za cieľ zabezpečiť presnú reguláciu teploty v reálnom čase, čím sa dosiahlo zvýšenie kvality výroby a spoľahlivosti celkového systému. Na vývoj a implementáciu riešenia sa použili moderné technológie a špičkový softvér, ktorý umožnil presné riadenie procesu predohrevu jednoúčelového zariadenia.

Základným nástrojom pre návrh a vývoj riešenia bol softvér na 3D
modelovanie SOLIDWORKS, ktorý umožnil vytvoriť virtuálny prototyp jednoúčelového zariadenia. Tento model zahŕňal aj simulácie tepelného správania sa komponentov, čo výrazne urýchlilo a optimalizovalo celý vývojový proces. Riadenie samotného predohrevu zabezpečoval PLC riadiaci systém TIA Portal V17, ktorý bol integrovaný so špecificky vyvinutým riadiacim softvérom na presnú reguláciu teploty počas procesu lisovania. Pre návrh elektroinštalácie bol použitý softvér EPLAN Electric P8 2023, ktorý umožnil precíznu integráciu elektronických komponentov do celkového systému.

Technológie použité pri samotnej výrobe zariadenia zahŕňali moderné dynamické CNC obrábacie centrá, ako napríklad 5AX HERMLE, CTX800, EXERON 313, NLX2500/700. Tieto moderné stroje umožnili zabezpečiť vysokú presnosť a efektivitu pri výrobe jednotlivých častí jednoúčelového zariadenia.

Okrem toho bolo zariadenie vybavené rôznymi elektronickými prvkami, medzi ktoré patrili snímače, PLC CPU moduly, dátové moduly a dotykové ovládacie panely. PWM regulátory boli použité na jemné riadenie výkonu výhrevných telies, ktoré zabezpečili rýchly a efektívny ohrev vrtule na požadovanú teplotu. Tieto výhrevné telesá zohrávali kľúčovú úlohu pri zvyšovaní kvality lisovaného spoja. Implementácia tohto riešenia bola vykonaná v dvoch fázach. V prvej fáze prebehla analýza požiadaviek a návrh systému, pričom sa kládol dôraz na presnú kontrolu teploty a bezpečnosť celého procesu. V druhej fáze bolo zariadenie vyrobené, implementované a testované priamo v prostredí výrobného procesu klienta. Výsledky testovania preukázali, že zavedenie systému predohrevu viedlo k výraznému zlepšeniu mechanickej integrity spojov, ako aj k zvýšeniu efektivity a konzistencie výroby u klienta.

Žiadna časť tejto publikácie nesmie byť reprodukovaná v akejkoľvek forme alebo akýmikoľvek prostriedkami, elektronickými, mechanickými, fotokopírovacími, nahrávacími, skenovaním alebo inak, uložená v systéme vyhľadávania, s výnimkou prípadu písomného súhlasu majiteľa práv. Žiadosť o povolenie je potrebné adresovať spoločnosti: MECASYS s.r.o., Oravská Polhora 1117, 029 47 Oravská Polhora, Slovensko.

Všetky práva vyhradené, vrátane práva na rozmnožovanie vcelku alebo čiastočne alebo v akejkoľvek forme. Niektoré prvky obsiahnuté v tejto publikácii môžu byť použité na základe licencie od tretích strán a môžu podliehať ďalším obmedzeniam používania.