In der Massenproduktion von Batteriezellen sind präzise und schnelle Fertigungsprozesse entscheidend. Selbst kleine Zeit- oder Energieeinsparungen bei Produktionsschritten summieren sich zu deutlichen Steigerungen im Output, zu positiven Kosteneffekten und zu reduzierten CO2-Emissionen. Als ein zentraler Aspekt für die Effizienzsteigerung in der Batterieproduktion gilt der Produkttransport.
Fahrweg mit kontinuierlichem Materialfluss
In diesem Bereich bietet das deutsche Unternehmen Beckhoff Automation aus Verl mit seinem intelligenten linearen Transportsystem „XTS“ und leistungsfähiger PC-basierter Steuerungstechnik neue Möglichkeiten. Bei traditionellen linearen Transportsystemen wird der Materialfluss häufig durch Rückwege mit Leerfahrten unterbrochen. Im Gegensatz erlaubt XTS einen umlaufenden Fahrweg, der einen kontinuierlichen Materialfluss ermöglicht und die Effizienz der gesamten Produktionslinie steigert. Auf dem aktiven XTS-Fahrweg befinden sich Beckhoff zufolge individuell steuerbare „Mover“, die entlang der gesamten Strecke bremsen, beschleunigen, positionieren oder eine konstante Kraft im Stillstand und in Bewegung ausüben können. Dies ermögliche eine schonende und sichere Handhabung der zu transportierenden Produkte sowie flexible Wechsel zwischen unterschiedlichen Formaten und führe zu erheblich reduzierten Pufferzeiten.
Modularer Baukasten für flexiblen Produkttransport
XTS soll sich vor allem durch seine Modularität auszeichnen. Die Länge eines Systems lasse sich mit variablen Modulen fein skalieren, was eine passgenaue und erweiterbare Anlagengröße ermögliche. Dafür stehen sowohl gerade Motormodule unterschiedlicher Längen als auch Kurvenmodule mit unterschiedlichen Biegeradien zur Verfügung. Des Weiteren gibt es Module mit erweitertem Funktionsumfang, etwa zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung („No Cable Technology“, NCT) auf die Mover sowie Module mit reduziertem Funktionsumfang für Streckenabschnitte ohne Prozessstationen („Motormodule EcoLine“). Dies sei vollständig kompatibel und ermögliche es, den Transportweg optimal auf die spezifischen Prozesse der Batterieproduktion abzustimmen und den vorhandenen Raum bestmöglich zu nutzen.
Optimale Synchronisierung
Laut Beckhoff lassen sich die Mover und weitere Prozesse mittels der PC-basierten Steuerungstechnik des Unternehmens und des Industrial-Ethernet-Kommunikationssystems „EtherCAT“ parallel steuern und in hohem Maße miteinander synchronisieren. Dies wiederum führe zu Qualitätssteigerungen oder Materialeinsparungen im Prozess. Zudem sollen Stopps für Prozessschritte wie Be- und Entladen vermieden werden, wodurch Standzeiten entfallen. Mover, die auf zwei unterschiedlichen Systemen laufen, sollen sich per Software ebenfalls miteinander koppeln lassen. Auf diese Weise werden Beckhoff zufolge Traglasten erhöht oder Produktabstände reduziert. XTS ermögliche Transportgeschwindigkeiten von bis zu vier Metern pro Sekunde bei Beschleunigungen von bis zu 10g, was einen hohen Produktausstoß sicherstelle. Die Geschwindigkeit lasse sich bedarfsweise anpassen, um den Anforderungen der jeweiligen Produktionsschritte gerecht zu werden. Der hochgradig flexible Produkttransport biete während des gesamten Herstellungsprozesses mehrere Vorzüge.
Vorteile bei der Zellassemblierung
Bei der Zellassemblierung, in der die einzelnen Teile der Batteriezellen zusammengefügt werden, soll XTS durch seine flexible Skalierbarkeit und die Möglichkeit zum individuellen Produkttransport erhebliche Vorzüge bieten. Bestandteile von Zellen sicher und schonend zu klemmen, und die Option, flexibel zwischen unterschiedlichen Produktformaten zu wechseln, sorgen laut Beckhoff für eine hohe Präzision und Effizienz in diesem Prozess.
Vorteile bei der optischen Kontrolle
Für die optische Kontrolle von Batteriezellen lassen sich die Positionen der Mover beziehungsweise der Zellen mit einer Kamera synchronisieren. Auch ein gleichzeitiger Einsatz mehrerer Kameras zur vielseitigen Kontrolle der Zellen sei möglich, was zu einer Zeitersparnis, zu weniger Stationen und zu einer Qualitätssteigerung durch die Erhöhung der Genauigkeit und den eindeutigen Bezug der Bilder führe.
Vorteile bei der Reinigung
Die Reinigung der Batteriezellen – sei es durch Plasma oder chemische Verfahren – lasse sich durch die mechanische oder elektrische Produktdrehung auf dem Mover effizient vornehmen. Für die Produktdrehung könne ein Aktor mit Hilfe der kontaktlosen Energie- und Datenübertragung (NCT) versorgt und angesteuert werden. Beide Möglichkeiten sollen für eine gründliche Reinigung und Vorbereitung der Zellen für die nächsten Produktionsschritte sorgen.
Vorteile beim Klebeauftrag
Die Klebung lasse sich „on the fly“ auf die Zelle applizieren, entweder durch Flüssigkleber oder Tape. Dies vermeide Verfahrensstopps, beschleunige den Klebeprozess und sorge für eine gleichmäßige, schnelle und präzise Auftragung des Klebstoffs.
Vorteile bei der Fügung
Da XTS die gleichzeitige Fügung mehrerer Batteriezellen ermöglicht, ergebe sich eine hohe Präzision und Geschwindigkeit im Fügeprozess und somit eine Effizienzsteigerung der gesamten Produktionslinie. Zudem lasse sich die Anzahl der zu fügenden Zellen flexibel per Software anpassen.
Vorteile bei Ausschuss
Das frühzeitige Entladen getesteter Batteriezellen, die als Schlechtteile deklariert wurden, lässt sich laut Beckhoff durch XTS effizient gestalten. Dank einer durchgängigen Rückverfolgung und eine differenzierte Ansteuerung der Mover können das System Gut- und Schlechtteile unterschiedlichen Prozessen zuordnen. Dies sorge für eine schnelle und präzise Trennung der Zellen, verbessere die Qualität des Endprodukts und verhindere die unnötige Weiterverarbeitung von Schlechtteilen – was am Ende Entsorgungskosten spare.
