„Hochdynamisch und kaum vergleichbar“

Autor: Die Redaktion

Veröffentlicht am 26.11.2021

Wenn Klaus Hamacher auf die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie blickt, kommen ihm viele Superlative in den Sinn. „Aus Ingenieurssicht bietet sich eine gute Gelegenheit, an einem hoch interessanten Themengebiet mitzuwirken, das in dieser Art einmalig in einer Berufslaufbahn ist“, sagt der Director New Business Development der BST Group, eines Komplettanbieters von Qualitätssicherungssystemen für die „bahnverarbeitende Industrie“ mit Sitz in Bielefeld. Im Interview mit „Battery-News.de“ spricht Hamacher darüber, wie sich die Elektrodenproduktion und die Zellassemblierung perfektionieren lassen.

Battery-News.de: Es ist fast genau ein Jahr her, dass wir zum letzten Mal gesprochen haben. Wie haben Sie in der Zwischenzeit die Marktentwicklung im Bereich der Lithium-Ionen-Batterie wahrgenommen?
Klaus Hamacher: Als eine hochdynamische Industrie, die in dieser Form kaum mit einer anderen vergleichbar ist. Täglich sehen wir meist mehrere News zum Batteriemarkt, von Herstellern und zuliefernden Unternehmen. Wichtig finde ich es, dass man unter der Vielzahl von Meldungen nicht den Fokus des eigenen Unternehmens verliert. Darüber hinaus bietet sich hier vor allem aus Ingenieurssicht eine gute Gelegenheit, an einem hoch interessanten Themengebiet mitzuwirken, das in dieser Art einmalig in einer Berufslaufbahn ist – konkret: eine Transformation hin zu einem „grünen Gedanken“ in der Technologie zu schaffen. Die Einleitung der Energiewende ist eine großartige Mission für jeden einzelnen. Da muss sich auch die ältere Generation auf die notwendigen Entwicklungen einstellen und den Weg für frische Gedanken freimachen.

„Wir wollen vermeiden, dass eine ‚rote Lampe‘ leuchtet, denn dann ist es meistens schon zu spät.“

Battery-News.de: Ihr Unternehmen hat sich 100-prozentige Qualitätssicherung in der Elektrodenproduktion und Zellassemblierung auf die Fahne geschrieben. Welche Verfahren zu welchen Prozessen stehen dabei im Fokus?
Hamacher: Wir befinden uns da in der Zellproduktion, in der Elektrodenfertigung und in der Assemblierung, wo wir heute oder in Zukunft von „bahnlaufenden Systemen“ sprechen. Wir sehen Prozesse, die es zu monitoren gilt. Dort kommen qualitätsüberwachende Systeme zum Einsatz, die Abweichungen im Prozess erkennen und ihnen aktiv entgegenwirken können, so dass diese Differenzen sich gar nicht erst zu einem echten Fehler ausweiten. Genauer gesagt: Mit Hilfe von optischen Systemen analysieren wir Trends, die anzeigen, dass es eine negative Entwicklung in Richtung eines Fehlers gibt, wodurch wir im Zusammenspiel mit unseren Produkten und/oder der Anlagentechnik direkt entsprechend handeln können. So wollen wir vermeiden, dass eine „rote Lampe“ leuchtet, denn dann ist es meistens schon zu spät. Dabei sprechen wir über die Produktionsprozesse Coating, Calandering, Slitting, Winding, Lamination/Stacking.

„Ungewolltes Verhalten wird durch die optische Überwachung frühzeitig erkannt und kann entsprechend ausgeregelt werden.“

Battery-News.de: Können Sie uns an einem konkreten Beispiel in der Zellassemblierung erklären, wie Sie in Prozessabläufe eingreifen können, um hohe Produktionsstandards zu gewährleisten?
Hamacher: Schauen wir dazu einmal auf die Produktion einer Monozelle. Bei ihr ist die Kathode immer kleiner als die Anode, beide müssen aber eine definierte Position zueinander haben. Die Herausforderung liegt darin, die durch die Kathode und den Separator verdeckte Anode zu sehen. Dazu muss das elektronische Auge, die Kamera, durch beide Schichten durchblicken, um damit sicherzustellen, dass alle Bahnen symmetrisch zueinander liegen. Hierfür werden alle Bahnen zu der Anode als dem sogenannten Master hin ausgerichtet. Tritt nun ein Trend auf, der zum Beispiel durch Temperaturveränderungen oder Bahnschlupf bedingt ist, kann eine Entwicklung hin zu einer Fehlergrenze entstehen. Dieses ungewollte Verhalten wird durch die optische Überwachung frühzeitig erkannt und kann am Anfang des bahnlaufenden Prozesses über eine Bahnlaufregelung und die Anlagenmechanismen entsprechend ausgeregelt werden.

Schematische Darstellung einer Monozelle

Battery-News.de: Wird Ihre Technik eher im Aufbau von neuen Produktionslinien integriert oder ist auch eine nachträgliche Implementation in bestehende Batterielinien möglich?
Hamacher: Sowohl als auch. Wir haben ein Teamwork aus Regelungstechnik und Fehlervermeidungsstrategie. Das heißt, wenn der Maschinenbauer seine Maschine hinsichtlich einer Fehlervermeidung aufwerten möchte, dann sollte die Maschine möglichst frühzeitig so designt werden, dass genau solche mess- und regelungstechnische Lösungen in der Anlage implementiert sind: ein Teamwork zwischen Maschinenbauer und inline-qualitätssichernden Systemen, also zwischen dem Maschinenhersteller und der BST Group. Es gibt aber auch das Geschäft mit bestehenden Maschinen. Ein klassisches Beispiel dafür ist das Nachrüsten von Oberflächeninspektionen bei Anlagen der Prozesse Coating, Calandering und Slitting. Wir nehmen dabei oft wahr, dass Maschinen ohne eine Qualitätsüberwachung geplant wurden, die Kunden das Qualitätsüberwachungssystem bei der Abnahme der Produkte jedoch voraussetzen, da Hersteller ihre Batteriezellprodukte ohne diese Technologie nicht mehr absetzen können. Deshalb beraten wir unsere Kunden – den Lithiumbatteriehersteller und den Maschinenproduzenten – auch gerne dazu, wie wir durch unsere Systeme kontinuierlich hochwertige Batterieprodukte gewährleisten können.

Oberflächeninspektionssystem mit speziell auf die Batteriezellfertigung ausgelegtem User-Interface

Battery-News.de: Digitalisierung und Automatisierung sind Eckpfeiler einer modernen Batterieproduktion. Wie werden Sie diesen Themen mit Ihren Produkten heute gerecht?
Hamacher: Die treibenden Faktoren sind, die Effizienz und die Qualität des Prozesses immer weiter zu steigern und dabei Kosten zu reduzieren. Die Themen Digitalisierung und Automatisierung sind wichtig, damit wir uns künftig mit einer 100-Prozent-Qualität der von uns in Europa hergestellten Produkte vom asiatischen Markt abheben können. Deshalb brauchen wir die erwähnte Fehlervermeidungsstrategie in den einzelnen Prozessen. Das wiederum ist aber erst mal nur die halbe Wahrheit. Die ganze ist, dass wir auch einen bidirektionalen, wertschöpfenden Datenaustausch zwischen den Prozessen brauchen. Zwei Beispiele – erstens: Wenn ich beim Coating durch die Oberflächeninspektion ein Agglomerat identifiziere, dann dokumentiere ich das in einem „digitalen Laufzettel“ – eine positionsgenaue Qualitätsdatendokumentation – innerhalb eines Produktionsprozesses. Damit besteht die Möglichkeit, diesen Fehler, also das Agglomerat, dem Folgeprozess, also dem Kalandern, mitzuteilen, so dass die Kalanderwalzen genau an der Position des Agglomerats kurzzeitig öffnen. Dadurch vermeide ich einen Schaden an den Kalanderwalzen.

„Es werden Ressourcen geschont, und das Recycling wird einfacher.“

Battery-News.de: Und das zweite Beispiel?
Hamacher: Das sieht man etwa in der Monozellenherstellung: Wenn der Laminations- und Stacking-Prozess schon von den vorgelagerten Prozessen eine positionsgenaue „Nicht in Ordnung“-Meldung zur Zelle erhält, dann kann die Zelle direkt an dieser Stelle im Stacking-Prozess ausgeschleust werden. Damit habe ich weniger Ausschuss und Abfall, da den nachgelagerten Prozessen nur die guten Produkte zugefügt werden. Es werden also Ressourcen geschont, und das Recycling wird einfacher. Außerdem habe ich eine kontinuierliche Steigerung der Anlageneffektivität und gleichzeitig eine Verringerung der Gesamtprozesskosten. Kurzum: Wir brauchen eine intelligente, automatisierte bidirektionale Kommunikation von Daten innerhalb der Produktionsprozesse.