Reducción del ruido electromecánico en ... accionamiento limpiaparabrisas traseros fabricados en fábrica Robert Bosch

Reducción del ruido electromecánico en motores de c.c. aplicados al
accionamiento limpiaparabrisas traseros fabricados en fábrica Robert Bosch
de Castellet y la Gornal
PROYECTO FINAL DE CARRERA
Autor: Roberto Rodríguez Matilla
Extracto: El ruido de los motores es uno de los factores más importantes hoy en día debido a
las exigencias de los clientes automovilísticos. Desde desarrollos de BOSCH Alemania se ha
demostrado que el ruido electromecánico afectado por las frecuencias bajas es debido al
desequilibrio que proviene del inducido del motor.
El objetivo del proyecto es el estudio del inducido del motor de c.c. aplicado al
accionamiento de limpiaparabrisas traseros, de sus componentes, procesos de fabricación y
montaje, reduciendo el desequilibrio de salida de los mismos que inicialmente tiene un valor
máximo de 2grmm, y la finalidad del proyecto sería el estudio y propuestas técnicas para
conseguir un desequilibrio máximo de salida de los mismos < de 1grmm y con ello la reducción
de uno de sus factores de influencia al ruido electromecánico que va comprendido entre el
rango de frecuencias bajas de [0 a 100Hz].
Los resultados obtenidos durante el medio año de duración del proyecto en la línea de
montaje de inducidos han sido positivos, ya que se ha mejorado el equilibrado de los mismos y
con ello el ruido electromecánico del motor y la calidad interna del producto, detectando los
posibles defectos y consiguiendo la eliminación de las causas del problema. No sólo es
necesario eliminar los defectos, sino también la causa de los mismos.
1.
Introducción.
Actualmente,
la
situación
competitiva
mundial exige enfrentar competidores que
utilizan las mismas tecnologías de producción y
donde los recursos tangibles se pueden obtener
de las mismas fuentes. De esta manera las
empresas tienen que recurrir a factores internos,
como la mejora de las tecnologías, el
rendimiento de las máquinas y las habilidades y
conocimientos de las personas, para poder
tener capacidades competitivas sostenibles a un
largo tiempo. Se considera que las habilidades y
las tecnologías son los principales recursos de
conocimiento que poseen una fábrica y que
permiten ejecutar de manera sistemática un
determinado tipos de actividades.
Estos factores transforman y mejoran la
competitividad de las plantas industriales. Su
efecto se nota en la mejora de la fiabilidad, la
seguridad, el menor consumo de energía y la
eficiencia y flexibilidad de los equipos
productivos. Todo y así, beneficia a la sociedad
debido al menor desaprovechamiento de los
recursos y al mayor control sobre el impacto
medio ambiental.
Las nuevas plantas de producción hacen que
los trabajadores tengan que asumir altos niveles
de conocimientos y formaciones para poder
afrontar los problemas que se puedan ocasionar
en los equipos productivos. La fábrica tiene que
ser un verdadero laboratorio de aprendizaje
donde cada día se conserven, se transfieran y
se
utilicen
el
conocimiento
adquirido,
consiguiendo que sea una fuente de recursos
tangibles que ayuden a crear capacidades
competitivas.
Todos
estos
desafíos
exigen
el
establecimiento de nuevas formas de trabajo.
La ingeniería es la solución para conseguir
esta meta, ya que es el conjunto de técnicas que
permiten aplicar todos los conocimientos
científicos y acercarlos al abasto de las personas.
Gracias a la ingeniería se consigue que máquinas
y operarios trabajen al máximo rendimiento.
La situación actual del mercado exige a las
organizaciones establecer políticas cuyo objetivo
prioritario sea mejorar la competitividad. Para ello,
sus productos y servicios han de responder a los
requisitos del cliente al mejor precio posible, con
el fin de mantener y mejorar los beneficios y la
posición del mercado.
2.
Objetivo del proyecto.
El proyecto final de carrera tiene como objetivo
la reducción del ruido electromecánico de los
motores afectado por las frecuencias bajas (ver
figura 1), y que es debido al desequilibrio que
proviene del inducido del motor.
Frecuencias bajas de ruido provocado por el
desequilibrio del inducido
Figura 1. Gráfico frecuencia de ruido motor de c.c.
1
Inicialmente el desequilibrio máximo de
salida de los inducidos es de 2grmm, y la
finalidad del proyecto es el estudio y propuestas
técnicas para conseguir un desequilibrio
máximo de salida de los mismos < de 1grmm y
con ello la reducción del ruido electromecánico
afectado a las frecuencias bajas, la mejora de
calidad del producto y la imagen de la empresa.
Los
serán:



procesos principales a tener en cuenta
Ensamblaje del núcleo férrico.
Bobinado del inducido.
Equilibrado del inducido completo.
Mediante la aplicación de técnicas y
herramientas utilizadas por Ingeniería tales
como diagramas de causa-efecto o de Ishikawa
podremos determinar de forma clara que
factores influyen en el problema y así poder
tomar acciones para corregirlos.
No obstante, el éxito en su aplicación se
encuentra condicionado por las siguientes
cuestiones:
 Plena concienciación de todo el personal,
sobre todo de la alta dirección, de que la
calidad se debe conseguir no solo controlar
o inspeccionar.
 Utilización conjunta, sistemática y coordinada
de las metodologías existentes por
los
departamentos responsables.
 Apoyo decidido de la dirección, motivación
adecuada y formación del personal.
3.
El desarrollo del proyecto se realizará en el
departamento
de
procesos
técnicos
de
fabricación llamado TEF1 de la planta de
fabricación Robert Bosch España Castellet
(RBEC) que se encarga de las siguientes tareas:
 Diseño de procesos de fabricación.
 Emisión de prescripciones de fabricación y
control.
 Apoyo técnico al personal mantenimiento.
 Estandarización. Reducción de complejidad.
La sección de producción de MOE2 fabrica
limpiaparabrisas traseros, distribuidos en dos
zonas diferentes: carcasas, inducidos y soportes
(premontaje) y el ensamblado o construcción del
motor limpiaparabrisas trasero (línea de montaje).
4. Línea de montaje de inducidos L-251
La línea de montaje de inducidos L-251 (figura
4) es una línea flexible, donde se fabrican
diferentes catálogos de inducidos, y está
automatizada en un 95%.
Donde se desarrolla el proyecto.
El proyecto se desarrolla en la fábrica Robert
BOSCH España Castellet, S.A. (figura 2).
Figura 4. Línea de montaje de inducidos L-251
Figura 2. Fábrica Robert BOSCH
Está especializada en la fabricación de
limpiaparabrisas delanteros en el departamento
de MOE1, limpiaparabrisas traseros (figura 3)
en el departamento de MOE2, y actuadores de
climatizadores, en el departamento de MOE3.
Figura 3. Motor limpiaparabrisas trasero
2
El montaje de los inducidos completos se
realiza mediante las siguientes fases:
 FASE 1010: Ensamblaje del paquete de
láminas en eje
 FASE 1020: Montar aislante en ranuras
del paquete de láminas
 FASE 1030: Montar aislantes laterales y
casquillos
 FASE 1040: Montar colector
 FASE 1050: Bobinar inducido
 FASE 1060: Soldadura de las patillas del
colector
 FASE 1070: Montar tope axial en eje del
inducido
 FASE 1080: Tornear colector en Desbaste
 FASE 1090: Tornear colector en Acabado
 FASE 1100: Comprobar y equilibrar
inducido
 FASE 1110: Marcar inducido
 FASE4000:
Comprobación
de
las
características eléctricas
 FASE 9000: Embalar inducidos en caja
5. Herramientas para el análisis de las
causas de los principales problemas y
puntos débiles.
Una de las herramientas que utilizamos es el
denominado ciclo PDCA (figura 5). Intenta
conducir a la solución sistemática y eficaz de
todos los problemas o desarrollar procesos de
mejora continua. En lenguaje especializado,
este tipo de actuación se conoce con la
denominación de PDCA (Plan-Do-Check-Act).
Siguiendo con esta nomenclatura, el proceso se
estructura en cuatro fases: Planificar, Ejecutar,
Comprobar y Consolidar.
La planificación se basa en la obtención de
toda la información y extracción de todos los
datos posibles del problema para poder encarar
las medidas a tomar.
A la ejecución, una vez extraídas todas las
conclusiones sólidas sobre el camino a seguir
para eliminar el problema, se intenta definir de
manera concreta las causas de éste. Para
ejecutar esta definición se realizan la técnica de
los 5 porqués.
Esta técnica se basa en cuestionar hasta
cinco veces el porqué de la causa para
encontrar el inicio del problema. Cuando éste ya
esta identificado, se procede a la realización de
la acción para solucionarlo.
El paso de la comprobación consiste en
realizar el seguimiento de la acción ejecutada
para erradicar el problema detectado. En el
caso que no se observe ninguna repetición del
problema, se dará la acción como acabada y
aprobada. En caso contrario habrá de repetir
todo el estudio, ya que la solución aplicada no
habrá sido la correcta.
analizada y aplicada, el último paso del ciclo
PDCA. La estandarización de este proceso a la
línea, o zona, afectada y analizada servirá porque
cualquier problema surgido, de este tipo, sea
solucionado mediante los pasos establecidos en
el PDCA estandardizado.
En el caso que se observe que existen más
líneas físicamente iguales y con las mismas
características de fabricación, se aplicaran todos
los pasos de ejecución marcados para la
estandarización cuando se reproduzca el mismo
problema en ellas.
6. Análisis inicial.
Para partir con nuestro estudio primero
tenemos que definir cual es nuestra situación
inicial de desequilibrio de los inducidos, siendo el
siguiente:
Estado desequilibrio máx. inicial = 2grmm
Estado de desequilibrio final < 1grmm
Se realizará una recopilación de datos
estadísticos de los desequilibrios iniciales con el
fin de conocer la información de la situación inicial.
En la (Figura 6) vemos la distribución del
desequilibrio de entrada de los inducidos:
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80 3,20 3,60 4,00 >4,00
Fijar el camino hacia el objetivo
- Identificar problema - Buscar vías de solución
- Formular objetivo
- Avaluar vías solución
- Analizar problema
- Medidas a tomar
Ejecutar el plan
- Determinar el plan de acción
- Ejecutar el plan d’acción
Plano 1 Des. Inicial
Plano 2 Des. Inicial
Figura 6. Situación inicial, desequilibrio entrada inducidos
En la siguiente (Figura 7) vemos la distribución
de salida del desequilibrio de los inducidos una
vez pasados por máquina equilibradora Schenck:
1600
Comprobar efectos
- Medir características
- Analizar el resultado
Zona distribución que
hay que mejorar
1400
1200
1000
Fijar la nueva situación
- Establecer modificaciones por escrito
- Presentar/ documentar el resultado
- Aprovechar la experiencia (para problemas
similares)
Figura 5: Ciclo PDCA
800
600
400
200
0
0,18
Un vez comprobado que el problema ha
quedado resuelto gracias a la solución aplicada,
se realiza la estandardización de la mejora
0,36
0,54
0,72
0,90
1,08
Plano 1 Des. Residual
1,26
1,44
1,62
1,80 >1,80
Plano 2 Des. Residual
Figura 7. Situación inicial, desequilibrio salida inducidos
3
El equilibrado de los inducidos lo realiza la
maquina
equilibradora
marca
Schenck,
mediante la técnica de sustracción de material
realizado por fresado en dos planos (figura 8).
PLANO 1
PLANO 2
8. Planes de ensayos.
Una vez conocida la situación inicial y todas
las causas de influencia en el desequilibrio de los
inducidos, se efectuaran de forma clara y
sistemática un plan de ensayos de acuerdo con el
diagrama de Ishikawa para obtener resultados y
conclusiones con las cuales podamos llegar a las
causas del problema y así poder tomar acciones
correctivas para mejorar el equilibrado y alcanzar
los objetivos fijados en el proyecto.
Los planes de ensayos a realizar serán los
siguientes:
PLAN DE ENSAYOS 1: ¿DE DÓNDE VIENE
EL DESEQUILIBRIO?
Figura 8. Equilibrado inducido mediante fresado en 2 planos
7. Análisis de las causas.
La información es fundamental para el
análisis de la situación inicial y nos ayudaran a
detectar las causas de las incidencias así como
otras relacionadas.
Para efectuar el estudio de las posibles
causas que pueden efectuar desequilibrio de los
inducidos se pueden emplear técnicas y
herramientas como diagramas Ishikawa.



Sus ventajas son:
Ayuda a incrementar el conocimiento de los
procesos.
Entender más sobre los factores que nos
afectan en el trabajo.
Crear una relación entre los dos puntos
anteriores.
Mediante el diagrama causa-efecto Ishikawa
siguiente (figura 9) podemos ver de un modo
gráfico, sencillo y de fácil visión las posibles
causas que pueden influir en el desequilibrio de
los inducidos.
Es fundamental conocer perfectamente que
fases del montaje del inducido influyen en el
desequilibrio, para ello realizaremos los
siguientes ensayos:
 Ensayo 1.1 Ensamblaje Eje + Paquete de
láminas
 Ensayo 1.1.1 Medición paralelismo
paquete de láminas
 Ensayo 1.1.2 Oscilación / Salto radial
paquete de láminas
 Ensayo 1.2 Montaje papel aislante + Colector
 Ensayo 1.3 Montaje del bobinado
 Ensayo 1.4 Soldadura patillas colector
 Ensayo 1.5 Montaje del tope axial (pipo)
COMPARACIÓN PLAN DE ENSAYOS 1:
En la tabla vemos el resultado de la media del
desequilibrio de los inducidos obtenidos en los
ensayos anteriores.
Ensayo Ensayo Ensayo Ensayo Ensayo
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Media
desequilibrio 2,97855 2,97745 3,3035 3,3267 3,3044
6
5,5
5
X
4,5
4
3,5
3
3,3267
3,3035
2,97855
3,3044
2,97745
2,5
2
1,5
1.
5
En
sa
yo
1.
4
En
sa
yo
1.
3
En
sa
yo
1.
2
En
sa
yo
En
sa
yo
1.
1
1
Las fases que NO influyen en el desequilibrio
de los inducidos son:
Figura 9. Diagrama Ishikawa de las causas el desequilibrio
4
 Montaje del papel aislante + colector.
 Soldadura de las patillas del colector.
 Montaje del pipo.
Las fases que SI influyen en el desequilibrio
de los inducidos son:
 Ensamblaje del eje+paquete de láminas.
 Montaje del bobinado del inducido.
LA COMPARACIÓN MÁS IMPORTANTE EN
EL PLAN DE ENSAYOS 2 ES LA SIGUIENTE:
Desequilibrio entrada Eje + paquete de
láminas
(sin
equilibrar
en
máquina
equilibradora Schenck):
Ensayo 2.8:
Eje+paquete
Eje+paquete
Producción
material
normal
Alemán
PLAN DE ENSAYOS 2:
 Ensayos dimensionales:
 Ensayo 2.1 Cota clavado colector
 Ensayo 2.2 Medición paquete de
láminas 35mm
 Ensayo 2.3 Cota clavado paquete
láminas 35mm en eje
 Ensayo 2.4 Capacidad ejes procedentes del
proveedor
 Ensayo 2.5 Parámetros bobinadora, tensión
hilo.
 Ensayo 2.6 Cambio fresas / curva fresado
 Ensayo 2.7 Chequeo de la estación de
medición máquina Equilibradota Schenck
 Ensayo 2.8 Sustitución material base por
material Alemán
 Ensayo 2.9 Modificación parámetros límites
intervención de la máquina Equilibradora
 Ensayo 2.10 Girado paquete de láminas 1/4,
1/2, 1/4.
RESULTADOS OBTENIDOS EN EL PLAN
DE ENSAYOS 2:
Xq
2,979
s
1,377
1,054
0,310
-1,153
-1,116
-0,422
X+3s
7,110
5,209
1,439
Min
0,262
0,173
0,019
Max
5,435
5,863
1,862
Comparación Ensayos
3,500
3,000
2,500
2,000
1,500
1,000
0,500
0,000
Eje+paquete producción
normal




Eje+paquete con giro 1/4,
1/2, 1/4 (material normal)
Desequilibrio de entrada Montaje completo
del inducido (sin equilibrar en máquina
equilibradora Schenck):
Eje+paquete
producción
normal
Eje+paquete Eje+paquete con
material
giro 1/4, 1/2, 1/4
Alemán
(material normal)
Xq
3,304
2,648
1,572
s
1,652
1,369
0,863
X-3s
-1,650
-1,459
-1,017
X+3s
8,259
6,755
4,161
Min
0,115
0,450
0,204
Max
7,900
6,862
4,590
Comparación Ensayos
4,000
Desequilibrio (grmm)

Eje+paquete material
Alemán
Con el giro del paquete 1/4, 1/2, 1/4
conseguimos los mejores resultados
 Los
ensayos dimensionales (ensayos 2.1,
2.2 y 2.3) el resultado de las mediciones han
sido correctas estando dentro de información
técnica.
Ensayo 2.4: capacidad ejes procedentes de
proveedor, los informes recibidos por el
proveedor de la capacidad de las piezas es
correcta según información técnica.
Ensayo 2.5: parámetros bobinadoras, se ha
establecido una tabla de la tensión del hilo
más adecuada para cada catálogo de
inducido.
Ensayo 2.6: se establece un gráfico de
control por Atributos para comprobar el
estado de las fresas. Se realiza curva de
fresado de la máquina equilibradora Schenck.
Ensayo 2.7: se realiza el procedimiento
mediante patrones del chequeo de la
estación de medición de la máquina
equilibradora Schenck.
Ensayo 2.9: Se comprueba que la máquina
equilibradota SI es capaz de trabajar con
tolerancias reducidas < de 1grmm.
2,046
X-3s
Desequilibrio (grmm)
Después de conocer claramente de donde
viene el desequilibrio realizamos una serie de
ensayos detallados a continuación:
Ensayo 2.10:
Eje+paquete con
giro 1/4, 1/2, 1/4
(material normal)
0,509
3,500
3,000
2,500
2,000
1,500
1,000
0,500
0,000
Eje+paquete producción
normal
Eje+paquete material
Alemán
Eje+paquete con giro 1/4,
1/2, 1/4 (material normal)
Con el giro del paquete 1/4, 1/2, 1/4
conseguimos los mejores resultados
5
9. Propuestas de mejora.
Se ha podido comprobar mediante los
ensayos programados:
 Cual son las fases en el montaje de los
inducidos que SI que influyen en el
desequilibrio.
 Cual son las fases en el montaje de los
inducidos que NO influyen en el
desequilibrio.
 Que para mejorar el equilibrado de salida
de los inducidos tenemos que mejorar en
primer lugar el desequilibrio de entrada de
los mismos.
 Hemos comprobado que la máquina
equilibradora Schenck Sí que es capaz de
trabajar con los parámetros más
reducidos < de 1grmm.
 Se ha demostrado que para mejorar el
equilibrado de entrada de los inducidos, la
mejor opción es mediante la técnica del
girado del paquete de láminas 1/4,1/2,1/4,
obteniendo los mejores resultados. Los
inducidos
entran
en
la
máquina
equilibradora
Schenck
con
un
desequilibrio mucho más pequeño, y
realizando ajustes en la máquina
equilibradora (ajustes en el punto de
ataque
de
las
fresas)
y
sus
correspondientes chequeos mediante los
patrones, se alcanzan los objetivos del
proyecto, obtenemos un desequilibrio
máximo de salida < de 1grmm.
MEJORA EN LAS ESTACIÓNES DE
MEDICIÓN DE LA MÁQUINA EQUILIBRADORA
SCHENCK:
Durante la realización de todos los ensayos
anteriores se ha podido observar también que las
estaciones de medición de la máquina
equilibradora Schenck tiene unas pequeñas
desviaciones.
La medición del desequilibrio se realiza
haciendo girar los inducidos a una velocidad de
1800 r.p.m. y la medición se realiza en 3-4
segundos posteriormente frenando el inducido
rápidamente dejándolo preparado para realizar el
fresado del primer plano en la siguiente estación
de la máquina equilibradora Schenck.
Con la realización de diversas pruebas, hemos
observado que en la fase del frenado de los
inducidos en las estaciones de medición, tenemos
un error de aproximadamente 15 grados en la
parada de los mismos.
Se va a proceder a cambiar el frenado actual
(Figura 11) por uno de nuevo que nos
proporcionará mayor fiabilidad de frenado,
eliminando el error de 15 grados inicial y con esto
mejoraremos aún más el equilibrado de los
inducidos, ya que el fresado será más preciso.
INSTALACIÓN DE LA MÁQUINA DE
GIRADO AUTOMÁTICO DEL PAQUETE DE
LÁMINAS 1/4, 1/2, 1/4:
Debido a los resultados obtenidos se ha
realizado la compra, instalación y montaje de la
máquina de girado del paquete de láminas 1/4,
1/2, 1/4 (figura 10).
Figura 11. Estación de medición de la máquina equilibradora
ESTANDARIZACIÓN DEL PRODUCTO:
En línea de inducidos L-251 se fabrican
diferentes catálogos, hay 2 tipos en función de la
longitud del paquete de láminas:
 Paquete de láminas de 35mm
 Paquete de láminas de 45mm
Figura 10 Máquina girado paquete láminas 1/4,1/2,1/4
6
Debido a que los inducidos con paquete de
45mm tienen un mayor desequilibrio que los de
35mm, ya que al tener más longitud de paquete
tienen más masa y con ello mas desviaciones en
el paquete de láminas y también en el bobinado.
Por todos estos factores se pasaran a fabricar
en BOSCH Alemania todos los catálogos de
inducidos con paquete de 45mm ya que disponen
de un proceso de montaje y de una máquina
equilibradora con mayor capacidad que la que
hay aquí en BOSCH fábrica Castellet.
10. Resultados obtenidos.
11. Conclusiones.
Con la mejora del equilibrado de los
inducidos reducimos el ruido electromecánico
del motor c.c en el rango de frecuencias bajas,
una media de 7 dB.
Un trabajo en equipo y una mejora continua en
la optimización de las líneas es la única manera
que tenemos para garantizar el producto ADO así
como la planta de Robert Bosch España Castellet
frente otros competidores del mundo.
Mediante mediciones realizadas en BOSCH
Castellet se ha podido comprobar con la técnica
láser (Figura 12) que el ruido electromecánico
afectado por las frecuencias bajas de [30 a
80Hz], tienen influencia debido al desequilibrio
del inducido.
Ese cambio de actitud junto con las mejoras
realizadas se ve reflejado en la calidad del
producto. De este modo se aumenta la cuota de
participación en el mercado y en consecuencia el
beneficio obtenido es mayor.
Los resultados obtenidos durante el medio año
de duración del proyecto en la línea de montaje
de inducidos L-251 han sido positivos, ya que se
ha mejorado el equilibrado de los mismos y con
ello el ruido electromecánico del motor y la
calidad interna del producto, detectando los
posibles defectos y eliminando las causas del
problema, consiguiendo obtener los objetivos del
proyecto.
Figura 12. Medición con láser del ruido electromecánico
 Medición ruido electromecánico (figura 13)
con desequilibrio salida inducido = 2 grmm.
Los niveles de calidad interno que
progresivamente se incrementan en la industria
como consecuencia de las exigencias del
desarrollo tecnológico, determinan la necesidad
de que los fabricantes adopten una serie de
acciones dirigidas a actualizar o ampliar sus
sistemas de calidad.
A nivel externo, obtener una mayor calidad
supone aumentar la satisfacción del cliente y su
fidelidad, logrando la reiteración de sus
adquisiciones; esta situación lleva a la
organización a un aumento de la cuota del
mercado y por lo tanto de los beneficios. La
consecución de buenos resultados trae consigo
un beneficio tangible, que es el aumento del
prestigio social de la empresa.
Figura 13. Gráfica ruido electromec.. desequilibrio = 2grmm
 Medición ruido electromecánico (figura 14)
con desequilibrio salida inducido < 1 grmm.
Nº RECLAMACIONES
RECLAMACIONES EXTERNAS
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
7
7
6
5
5
4
3
3
3
3
3
1
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Ene
Feb
Mar
Abr
May
AÑO 06/07
Todo y que los frutos obtenidos, hasta la
actualidad, han sido buenos, sin la realización de
un seguimiento continuo y la implicación de todas
las personas de la fábrica, el proyecto quedaría
obsoleto. Lo más difícil de todos los proyectos no
es comenzarlos, es mantenerlos.
Como consecuencia de todo esto se consigue:
 Una mejora de calidad
Figura 14. Gráfica ruido electromec.. desequilibrio < 1grmm
 Una mejora de la imagen de la empresa
7