Die einzelnen Batteriezellen sehen ähnlich aus wie kleine zylindrische Dosen. Obwohl sie konzeptionell einfach aufgebaut sind, ist ihre Massenproduktion ein eher komplexer Prozess. Anode und Kathode werden durch ein Polymermaterial getrennt und zu einer sogenannten Jelly Roll zusammengerollt. Die Zelle insgesamt besteht aus dieser Jelly Roll und anderen Elementen in einem zylindrischen Metallbehälter, der hermetisch verschlossen und mit einer Elektrolytlösung gefüllt ist.
Hohe Leistung und geringer Platzbedarf
„Der Markt wird derzeit von asiatischen Herstellern dominiert, vor allem aus China und Korea“, erklärt Fabio Tozzi, Vertriebsleiter von IMA EV-Tech. „Das Fehlen eines echten Wettbewerbs auf internationaler Ebene hat bisher zu einer geringen technologischen Entwicklung der verfügbaren Lösungen geführt. In diesem Umfeld hebt sich unsere Montagelinie durch ihre hohe Produktivität und Montagequalität, ihren geringen Platzbedarf und vor allem durch die sehr wettbewerbsfähigen Gesamtbetriebskosten ab.“ Einen entscheidenden Anteil an dieser Lösung hat das Produkttransportsystem XTS mit seinen individuell ansteuerbaren Movern. Mit ihm konnten die einzelnen Phasen des Montageprozesses entkoppelt und die bisherigen Grenzen eines streng sequenziell gesteuerten Produktionsablaufs überwunden werden. „XTS ist ein System, das für unsere Ziele sehr interessante Anwendungsmöglichkeiten bietet“, so Tozzi. „Durch die Flexibilität von PC-based Control und insbesondere der Automatisierungssoftware Twincat bietet uns XTS ein großes Plus, nämlich die einzelnen Mover mit speziellen Bewegungsprofilen verwalten zu können. Das hat sich als ideal für die spezifischen Merkmale dieser Anwendung erwiesen.“
Montagelinie aus fünf Modulen
Jeder Anlagenabschnitt ist mit einem Industrie-PC C6030 und einem Multitouch-Control-Panel CP3916 ausgestattet, wobei in drei Abschnitten zusätzlich ein weiteres Control Panel CP3918 integriert ist. Das gesamte Steuerungssystem ist mit moderner Servoantriebstechnik für eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit ausgestattet, darunter das Multiachs-Servosystem AX8000, die Servomotoren AM8000 und das dezentrale Servoantriebssystem AMP8000. Um den Prozess noch effizienter zu gestalten, sind für den linearen Produkttransport innerhalb der Anlage fünf geschlossene XTS-Systeme mit einer Gesamtlänge von ca. 43,5m vorgesehen. Die Applikation zeichnet sich laut IMA EV-Tech durch eine modulare und effiziente Struktur aus, die eine geordnete und leicht skalierbare Verwaltung des Produktionsprozesses ermöglicht. Die Aufteilung der Montagelinie in funktionale Abschnitte entspricht einer klaren Betriebslogik, während die Integration von Industrie-PCs und modernen Bedien-Paneln für Zuverlässigkeit und einfache Überwachung sorgt.
Anspruchsvolle Zellenmontage
Die Montage der Batteriezellen weist mehrere anspruchsvolle Aspekte auf, da Handhabung, Manipulation und Kontrolle mit sehr hohem Durchsatz und hohen Anforderungen an die Qualität des Endprodukts bewältigt werden müssen. Das System muss daher nicht nur schnell sein, sondern auch eine sehr hohe Präzision gewährleisten, was die XTS-Mover mit einer Positioniergenauigkeit von ±0,25mm sicherstellen sollen. Die Montagephasen werden mit Prüfprozessen zur funktionellen und optischen Kontrolle kombiniert, die z.B. mit Bildverarbeitungssystemen und Röntgendetektoren durchgeführt werden. Würden diese Abläufe vollständig sequenziell vorgenommen, könnten sich einige Prozessschritte – wie die genannten Prüfungen – aufgrund der längeren Durchlaufzeiten zu potenziellen Engpässen entwickeln. Hier kommt die Flexibilität von XTS ins Spiel, insbesondere durch die Möglichkeit, mehrere Zellen gleichzeitig an mehrfach vorhandenen, langsameren Arbeitsstationen zu platzieren. Dies ermöglicht einen erheblich gesteigerten Anlagendurchsatz. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass Produktionslinien oft in Rein- und Trockenräumen arbeiten müssen, um unterschiedlichste Kontaminationen zu verhindern und so die Qualität und Haltbarkeit der Batteriezellen zu gewährleisten. Dabei handelt es sich um klassifizierte Umgebungen, in denen kritische Umweltparameter wie z.B. Temperatur und Luftfeuchtigkeit – zur Vermeidung von Oxidations- oder Korrosionserscheinungen – sowie die Partikelkonzentration streng kontrolliert werden. In diesem Zusammenhang ist der Einsatz von Maschinen, die nicht nur eine höhere Produktivität aufweisen, sondern auch einen geringeren Platzbedarf haben, von großem Vorteil. Denn nur damit lässt sich aus Sicht von IMA EV-Tech der verfügbare Raum optimal nutzen und letztendlich die Gewinnspanne erhöhen.
Besonders hohe Systemflexibilität
Obwohl die Form und Größe der Batteriezellen als Standard definiert sind, muss die Montagelinie auch bestimmte Produktvarianten verarbeiten können. Dies erfordert zusätzliche Schritte wie z.B. das Einsetzen von Kunststoffelementen. Eine solche Anlage, die sich schnell an unterschiedliche Produktionsanforderungen anpassen kann, muss sehr effizient arbeiten. Hierfür erwiesen sich laut Tozzi das XTS-System und Twincat als die Schlüsselelemente für den Erfolg des Projekts. Bei der von IMA EV-Tech entwickelten Montagelinie lassen sich bei Bedarf auch neue Stationen und Geräte einbinden. Dies erhöht die Anlagenflexibilität, beispielsweise um zukünftig neue Arbeitsvorgänge zu ergänzen oder alternativ bestimmte Prozessschritte selektiv auszuschließen. All dies erleichtert die Verwaltung von Produktvarianten, ohne die Gesamtleistung der Linie zu beeinträchtigen. „Parallel zur Montagelinie für zylindrische Batteriezellen haben wir Montagelösungen für prismatische Zellen entwickelt“, ergänzt Tozzi. „Deren Form und Zusammensetzung, die in Bezug auf Größe, Prozessreihenfolge und zu montierende Komponenten sehr unterschiedlich ist, erfordert ein zusätzliches Maß an Flexibilität. Unser Ziel ist es, dem Markt modulare Lösungen anzubieten, die an die Bedürfnisse jedes einzelnen Kunden angepasst werden können und alle erforderlichen Prozesse integrieren. Gleichzeitig möchten wir die Leistung der Anlagen weiter steigern und die Zahl der für ihren Betrieb erforderlichen Bediener verringern. Ein Faktor, der unter dem Gesichtspunkt der Verlagerung von Produktionsaktivitäten von Asien nach Europa oder in die Vereinigten Staaten von großer Bedeutung ist.“
