Így gyártunk e-motort


Új korszak kezdődött az Audi Hungariánál: 2018-ban elindult az elektromos motorok sorozatgyártása. A 8500 négyzetméteres csarnokban három műszakban, több mint 180 munkatárs részvételével, moduláris gyártással készülnek az elektromos járműhajtások. A végeredmény: akár napi 400 elektromos motor. Belestünk a kulisszák mögé.

A villanymotorokat gyártó csarnok az Audi Hungaria fő épületeitől távolabb található. Ebben a focipálya nagyságú épületben szakemberek és robotok az intelligens gyártásirányítás összehangolt táncában készítik a jövő erőforrásait. A megfogalmazás nem véletlen: a csarnokba belépve elsőre az tűnik fel, mennyire barátságos és családias a légkör. A levegőben érezni lehet, hogy e falak között valami fontos, különleges és egyedi készül, amire mindenki büszke. Bárkihez fordulok a kérdéseimmel, tudják a választ, hiszen minden munkatárs alaposan, a legapróbb részletekig ismeri az e-motorgyártást. Ahogy körbesétálunk, különös csodálattal figyelem a kézi munkaállomásokat. Tizenháromból kilencen csak nők dolgoznak, ami nem véletlen: kiemelkedő finommotorikus képességeik és koncentrációjuk elengedhetetlen a hatékony munkavégzéshez. Ki gondolta volna, hogy a világ legfejlettebb autójának hajtáslánca magyar hölgyek ujjainak finomságán múlik...

Ebben világbajnok az Audi villanymotorja

A technológia, amit például a stator gyártásánál alkalmaznak, teljesen új, ebben a formában még sehol sem használták. A lényege, hogy áramot vezetnek a tekercsekbe, ezzel felhevítik a lemezcsomagot, amelyet belemerítenek egy 25 Celsius-fokos gyantával teli edénybe. A stator rétegeibe így mindenhova beépül a folyékony gyanta, a fölösleget pedig egy saját fejlesztésű cellában, lézerrel fújják le róla, és csak ezután kerül be az állórész a kemencébe. Így gyorsabb, hatékonyabb és sokkal precízebb a gyártás.
Egy másik győri sajátosság, hogy a villanymotor aktív tere belső hűtésű, a rotor tengelyében hűtőközeg áramlik – ezt a megoldást szintén nem használják máshol.

Úttörő kezdetek

Hogy megértsük, valójában mekkora dolog valósult meg Győrben, tekintsük át gyorsan, milyen út vezetett idáig! Minden 2013-ban, egy titkos laboratóriumhoz hasonló tudásbázissal kezdődött, amelyből kiindulva 2014-ben készültek el a kísérleti gyártás első villanymotorjai, elsősorban fejlesztéstámogató céllal. Az Audi stratégiája az volt, hogy a kis szériás gyártás során elsajátítja a villanymotorgyártás minden csínját-bínját, hogy később ezeket a tapasztalatokat nagy szériában kamatoztathassa. Győrben jól vizsgázott a kis szériás gyártás, így jöhetett a következő lépcső, a sorozatgyártás elindítása.

Az elektromos motorok sorozatgyártása ünnepélyes keretek között 2018. július 24-én indult el. A szimbolikus gyártásindítás keretében Szijjártó Péter külgazdasági és külügyminiszter, Peter Kössler, az AUDI AG termelésért és logisztikáért felelős igazgatótanácsi tagja és Achim Heinfling, az AUDI HUNGARIA Zrt. igazgatóságának elnöke közösen helyezték üzembe a gyártóberendezéseket.

Az e-motor felépítése első ránézésre egyszerűbbnek tűnik, mint egy belső égésű motoré: kevesebb alkatrész alkotja, és bonyolult sebességváltóra sincs szükség hozzá, mivel az e-motor egyetlen sebességfokozattal működik. Egyszerűsége ellenére a fejlesztés során mégis rengeteg új kihívással találta magát szemben a vállalat. A legalapvetőbb ezek közül: a hétköznapokból ismert villanymotorok egyike sem képes olyan teljesítményre (ekkora tömeg/befoglaló méret mellett), ami egy jármű – hát még egy prémiumautó – meghajtásához szükséges.

Ezt kiküszöbölendő az Audi komoly számításokat követően az aszinkron villamos gépek mellett tette le a voksát – egyszerű, megbízható és strapabíró konstrukció. Kihívást jelentett azonban, hogy a nagy teljesítményhez nagy méret és tömeg is társult volna, ami az autó gazdaságos üzemeltetése szempontjából hátrányos. A fejlesztők feladata az volt, hogy megtalálják azt a megoldást, amely a lehető legkisebb méret és tömeg mellett hosszú élettartammal nyújtja azt a teljesítményt, ami egy Auditól elvárható.

Gyorstalpaló: mi az a stator?

Az elektromotor legfontosabb eleme az állórész, az úgynevezett stator. Ez hozza létre azt a mágneses teret, amely mozgásba lendíti a forgórészt. További komponens a teljesítmény-elektronika, amely szoftveres igazítást követően külön házban kap helyet, valamint az egyfokozatú hajtómű és az erőt a kerekeknek átadó két féltengely. Az Audi Hungaria munkatársai két különböző típusú hajtást gyártanak az Audi e-tron számára, mivel a quattro-tradíció értelmében az első és a hátsó tengely egyaránt hajtott. Az elöl hajtó rövidebb, 125 kW-os statorral szerelt motor az APA elnevezést kapta, míg a nagyobb, 140 kilowattos, AKA kódnevű egység a hátsó tengelyt forgatja.

Az e-motor-gyár „kaszáspókja”, amely a rézhuzalok feltekercseléséért és behúzásáért felel.

Az e-motor egyszerűsége ellenére a fejlesztés során rengeteg új kihívással találta magát szemben a vállalat.

2015 áprilisában úgy döntött a vállalat, hogy a feladatra egy külön szervezeti egységként működő gyártástervező csapatot állít fel. Az első időszak a technológiák felkutatásával és a lehetséges eljárások vizsgálatával, tesztelésével telt. Az elektromotorok fejlesztéséből Ingolstadt és Győr megosztva vette ki a részét. A németek alakították ki a koncepciót, és fejlesztették az aktív áram alatt lévő alkatrészeket, míg Magyarországon a passzív alkatrészek, például az öntvények tervezése történt. A villamoshajtások környezeti tesztjeit 2017 elején kezdték meg Győrben, és csak ezután láttak neki a tervek megvalósításának. A kiürített és az új feladatra felkészített csarnokba ekkortól sorban érkeztek meg a berendezések, és egy csapásra valósággá vált minden, ami addig csak a tervezőasztalon létezett. A gépek pedig ma már szorgalmasan dolgoznak, és gyártják a komplett motorokat. De hogyan is? Figyelem, erősen műszaki tartalom következik!

Lépésről lépésre: így készül egy e-motor

A gyártósor két részből áll: egy állórész-gyártósorból és egy szereldéből. Előbbi legizgalmasabb szereplője a négy méter magas tekercselő- és behúzócentrum, amely hatalmas, kaszáspókszerű karjaival a rézhuzalok feltekercselését, majd a tekercs 590 lemezből összepréselt lemezcsomagba való behúzását végzi.

A számok tükrében

Az e-motor sorozatgyártása hivatalosan 2018. július 24-én indult. Ekkortól készülnek 125 kW-os és 247 Nm nyomatékú, illetve 140 kW-os és 314 Nm nyomatékú villanymotorok kizárólag a Brüsszelben gyártott Audi e-tron számára. Egy e-motor állórésze mintegy 7 óra alatt készül el, a tengely összeszerelése további 9–10 órát vesz igénybe. Az üzemegységben jelenleg 156 munkatárs és 28 mérnök dolgozik három műszakban.

Továbbsétálva a gyártósor további állomásain sem a belső égésű motorok előállítása során megszokott folyamatokkal találkozunk. Az e-motor esetében előbb kialakítják a kapcsolási oldalt, ahol elfűzik a fáziskivezetéseket, a csillagpontokat, és becsövezik a fázisokat. Automata adagolja a különböző színű csöveket, amelyekből húszféle van, mindig az adott statorhoz szükséges színben, hosszban és mennyiségben. A kontaktálás során a fázisonként összefont – egymástól óvatosan elválasztott, kézi munkával alaposan szigetelt – rézdrótokat krimpelik, a stator hőmérséklet-jeladót kap, majd a bandázsoláskor két robotvarrógép levarrja, azaz rögzíti a tekercsfejet. Ezután következik egy elektromos teszt, melynek során a félkész motor 36-féle elektromos tulajdonságát (ellenállásmérés, induktivitás, kúszóárammérés) ellenőrzik.

Végül az utolsó, fontos és megint csak különleges lépés az impregnálás, ahol az elkészült állórészt epoxigyantába merítve, magas hőfokon rögzítik. Egy-egy stator mintegy fél kiló gyantát tud felvenni, mely a hő hatására beépül a lemezcsomag rétegeibe. A gyantát ezek után egy 165 fokos kemencében belekeményítik az állórészbe, majd a hevítés után az egységet 35 fok alá hűtik. Ezt követi egy győri innovációval elkészült lézeres tisztítás, amely eltávolítja a fölösleges gyantát az állórészről, majd egy több mint negyven paramétert vizsgáló ismételt, alapos villamossági tesztnek vetik alá.

Innen a szereldébe folytatja útját a stator, ahol a többi vásárolt alkatrésszel együtt megszületik a komplett e-meghajtás. A kész statorokat először egy hűtőköpenybe teszik, és préselési eljárással összeillesztik. Az e-motor összeszerelésénél nemcsak csavaroznak, az állórészt például bele kell fűzni a hűtőköpenybe, majd ezt az egységet a motorházba. A járműszereldéhez hasonlóan az e-motor szereldéjében is van házasítás, amikor a motort összeépítik a váltóművel. A különbség az, hogy itt ezt a lépést egy automata állomás végzi el. Az összeszerelés végén aztán minden egyes tengelyt három és fél percig járatnak a tesztkabinokban, ahol akusztikai jellemzőket, tömítettséget, illetve ismételten a motor villamossági paramétereit és hatásfokát is mérik.

Ilyen intelligens FTF-ek  mozgatják a munkadarabokat egyik gyártószigetről a másikra – teljesen önállóan.

A szerelde egyik különlegessége, hogy a gyártás már nem gyártószalagon, hanem moduláris gyártószigeteken történik.

Új belső égésű motorok

Az e-motor-gyártás mellett 2018-ból meg kell említenünk a motorgyár két „hagyományos” újdonságát is, hiszen az Audi Hungaria belső égésű erőforrások terén is folyamatosan fejleszt:

Az új 2.0 TDI mild-hibrid technológiájú dízelmotor könnyebb a korábbi változatnál, lévén a forgattyúsház az öntvény motorblokk helyett alumínium. Új fejlesztésűek a dugattyúgyűrűk, a főtengely és a hengerfej is. A háromkörös hűtés – egy kör a motorblokk, kettő a hengerfej hűtéséről gondoskodik – minden vezetési szituációban ideális hűtőfolyadék-áramlást tesz lehetővé. Az új kialakítású turbófeltöltőben egy gyors elektromos motor vezérli a változtatható lapátgeometriát. A szintén új, közös nyomócsöves befecskendező rendszer 2200 bar nyomáson juttatja be az üzemanyagot az égéstérbe, továbbá a 12 voltos indítógenerátor és a lítiumion-akkumulátor jelentősen csökkenti a károsanyag-kibocsátást.

Az 1.0 literes háromhengeres Otto-motor 63 és 85 kW-os változataival újabb hatékony és nagy teljesítményű erőforrásokat gyárt Győr, amelyek tömege mindössze 92 kg. A háromhengeres motort a Volkswagen Konszern különböző modelljeibe építik be, többek között az Audi A3, a Volkswagen Golf, a Seat Leon és a Seat Ateca modellekbe. A háromhengeres motor gyártásához az Audi Hungaria átépítette a mechanikus megmunkálás területét és a gyártósort is. 

Mesterséges intelligencia

A szerelde további különlegessége, hogy a gyártás már nem gyártószalagon, hanem moduláris gyártószigeteken történik. Előbbiek feladatát, azaz a munkadarabok továbbítását vezető nélküli szállítóeszközök (FTF – Fahrerloses Transportfahrzeug) látják el. Ilyen járművek több helyen is dolgoznak az Audi Hungariánál, ennyire komplex feladatuk azonban sehol nincs: az FTF-ek egy dinamikus rendszerben közlekednek, mozgásukat okos algoritmus határozza meg. A járművek kommunikálnak a berendezésekkel, lekérdezik tőlük, hogy épp dolgoznak-e vagy szabadok, és a válaszok alapján arra az állomásra viszik az aktuális munkadarabot, amely éppen fogadóképes.

Az okosjárműveket az emberek sem hozzák zavarba: ha valaki keresztezi az útjukat, illedelmesen megállnak, majd megkérik, hogy lépjen odébb, mert nekik fontos dolguk van, és nem fognak meghátrálni. A mesterséges intelligenciával átszőtt moduláris gyártás nagy előnye, hogy olyan berendezésekből, amelyek a gyártási folyamat során többször ismétlődő lépést (pl. mérés vagy csavarozás) végeznek, nem kell annyiszor telepíteni, ahányszor az adott munkafolyamat előfordul. A vezető nélküli szállítójárművek ugyanis többször is vissza tudják vinni ugyanarra az állomásra a munkadarabot.

Ha például a motorra háromszor kell tömítőanyagot felvinni, akkor háromszor fordul vele az FTF. A csarnokban jelenleg 23 ilyen innovatív, vagy okos jármű mozog, melyek napi 400 darabos gyártási kapacitás mellett 20 000 utat tesznek meg 24 óra alatt. Intelligensek, önállóan dokkolnak, feltöltik magukat, és folyamatosan kommunikálnak a vezérlőszerverrel, amely felügyeli, hogy éppen milyen parancs alapján dolgoznak. Azt a finomságot pedig egyszerűen nem lehet nem észrevenni, hogy kanyarodáskor ugyanolyan dinamikus indexlámpát használnak, mint az új Audik…

Impregnálás után a felesleges lakk eltávolítása történik.

Rendkívüli megoldások

Az e-motorok gyártásában minden eddiginél meghatározóbb feladat jut az IT-területnek, hiszen a moduláris gyártást teljes egészében ez a részleg működteti. Büszkeségre ad okot, hogy az Audi Hungariánál alkalmazott komplex megoldásra nincs példa az üzletágban, ahogy kiforrott tapasztalat sincs. Különböző világbajnok szoftverek, virtuális layoutok és algoritmusok működnek együtt, míg az önvezető járművek útvonalának megtervezéséhez például matematikai gráf-elméletet alkalmaztak. Mindezek mellett új, a vállalatirányítási SAP-rendszerhez kapcsolódó folyamatirányítást kapott a logisztika is, így a sorkiszolgálás területén minden eddiginél szorosabb együttműködés valósul meg a gyártástervezéssel és a termeléssel.

A moduláris elv szerint működő szereldében a gyártószalagot kiváltó vezető nélküli eszközök nem csak a munkadarabot fuvarozzák egyik gyártószigetről a másikra; feladataik közé tartozik a logisztikai folyamatok egy része is. Az okosjárművek egy motortartó palettán szállítják a félkész tengelyt, de mielőtt a következő munkaállomáshoz érnének, útba ejtik a logisztikai területet is, ahol felveszik a következő lépéshez szükséges egy vagy több alkatrészt. Így a tengely a következő munkafolyamatot elvégző munkatárshoz vagy robothoz már az összeépítendő elemekkel együtt érkezik meg. Elmondhatjuk tehát, hogy a logisztikai gyűjtőzóna gyakorlatilag a termelési folyamat egyik fontos állomásává vált.

Európában egyedülálló

Az Audi Hungaria életében több szempontból is különleges tapasztalatokat hozott az e-motorgyártás. A legnagyobb kihívást az jelentette, hogy a vállalat az elmúlt 25 évben belső égésű motorokat gyártott, a villanymotorgyártás azonban teljesen új világ. Míg a belső égésű motoroknál a kézzel végzett munkafolyamatok objektív felügyelettel ellenőrizhetők, a villanymotoroknál (például a stator esetében) ezt nem lehet megtenni. Ugyancsak kemény próbatételt jelent, hogy amíg egy belső égésű erőforrásnál az esetleges hiba azonnal jelentkezik, addig egy elektromos motornál az élettartam-csökkenést okozó rendellenességekre kell készülni.

Ennek kiküszöbölésében nagy segítséget jelentenek a Műszaki Fejlesztésen üzembe helyezett e-vizsgálópadok, amelyek az e-motorok tesztelését és tartós terhelését teszik lehetővé. A kihívások azonban már ismertek, a munkatársak pedig mindent megtesznek a tökéletes végeredményért, miközben olyan szerteágazó tapasztalatokra tesznek szert, ami másutt a világban példátlan. Ma ekkora kapacitású villanymotorgyártás nincs Győrön kívül Európában. Ez az automatizáltság, technológia, kompaktság és ez a darabszám nagyon új még a piacon, az Audi pedig egyértelműen jól döntött, amikor ezt a kulcsfontosságú kompetenciát nem adta ki a kezéből, és elhatározta, hogy maga építi meg a jövő autóiba szánt villanymotorokat – és mindezt Győrben. Hiszen eddig is győri szív dobogott az Audikban, attól, hogy változik a technológia, miért lenne ez a jövőben másképp?

„Felvillanyoztuk az Audi Hungariát, és ezzel újabb lépéseket tettünk a jövőnk felé vezető úton. Motorgyártásunk az elmúlt 25 évben biztos alapot jelentő szakmai tudást épített fel. A több mint 35 millió motor gyártása során munkatársaink értékes tapasztalatokat gyűjtöttek, aminek köszönhetően az Audi Hungaria ma már elektromos meghajtásokat is gyárt. Emellett konzekvensen fejlesztjük belső égésű motorjainkat is, ennek jegyében indult el vállalatunknál egy újfejlesztésű négyhengeres dízelmotor sorozatgyártása mild-hibrid technológiával. Széles termékpalettánkhoz ugyanakkor a belső égésű motorok mellett CNG-motorok és az újonc elektromotorok is tartoznak. Erőforrásainkat a Volkswagen Konszern több mint 30 gyártótelephelyére szállítjuk ki."

Thoralf Hanschel az igazgatóság tagja, motorgyártás
Thoralf Hanschel