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ElringKlinger, einer der weltweit führenden Systempartner der Automobilindustrie, automatisiert die Produktion von Batteriemodulen. KUKA entwickelte die vollautomatisierte Anlage hierfür.
Mit der Produktionsanlage inklusive aller Prüfprozesse sollen rund 300.000 Batteriemodule pro Jahr gefertigt werden. Diese finden ihren Einsatz vor allem in Elektrofahrzeugen. Die Batteriemodule sind allerdings flexibel konzipiert und damit auch grunds?tzlich für andere Anwendungsbereiche einsetzbar.
Ab Herbst 2020 sollen die Batteriemodule bei ElringKlinger im Werk Thale auf der vollautomatisierten Fertigungslinie hergestellt werden. Die Elektromobilit?t ist ein neuer Gesch?ftsbereich mit hoher strategischer Wichtigkeit für ElringKlinger. Als einer der ersten Akteure auf dem deutschen Markt investiert das Unternehmen in eine gro?volumige, hochautomatisierte Modulfertigungslinie.
Mit dem selbst entwickelten Batteriemodul begehen wir bewusst Neuland. Die eng verknüpfte Entwicklung und Industrialisierung des Produktes stellen uns unweigerlich vor technische Herausforderungen.
Die Anlage ist in vier Hauptbereiche gegliedert. Im ersten Abschnitt werden die Batteriezellen getestet und für die Montage vorbereitet. Im zweiten Anlagenabschnitt wird aus den einzelnen Batteriezellen ein sogenanntes Rohmodul gefertigt. In der ?Hochzeitsvorrichtung“ werden hierzu die Zellen zu einem Stapel, dem sogenannten ?Stack“, zusammengeführt. Zusammen mit den Druckplatten, die an den Enden des Stacks positioniert werden, und den Zugankern, die seitlich an den Batteriezellen platziert werden, wird dieser Stapel verpresst. Mit Hilfe eines komplexen Laser-Systems und einer Laseroptik, die von einem KUKA Industrieroboter des Models KR240 geführt wird, werden die Zuganker gegen die Druckplatten der Zellstapel verschwei?t, und so das Rohmodul fertiggestellt. Je nach Anforderung werden zw?lf bis vierundzwanzig Batteriezellen zu einem Batteriemodul gefügt.
Im dritten Anlagenabschnitt werden die Batteriemodule elektrisch verschaltet und gemessen. Hierzu wird das Zellkontaktiersystem (?ZKS“) aufgesetzt und mit den Kontakten jeder einzelnen Batteriezelle verschwei?t. Die besondere Herausforderung hierbei sind die sehr engen Bauteil- und Fügetoleranzen sowie die besonderen Anforderungen an das Laserkontaktschwei?en, denn hier muss bei minimalen W?rme-Eintrag zuverl?ssig eine gro?e Kontaktfl?che erzeugt werden. Die Laserschwei?technologie bietet den Vorteil, dass sie berührungslos und kraftfrei arbeitet, und dabei schnell, pr?zise, verschlei?frei und gut kontrollierbar ist. Für ein optimales Kontaktierergebnis sorgt die eingesetzte Laserscanneroptik, die es erm?glicht die Geometrie der Schwei?n?hte flexibel zu gestalten.
Im vierten und letzten Anlagenbereich findet eine automatisierte elektrische und mechanische Endprüfung der Batteriemodule statt. Hier werden unter anderem die Isolationswerte auf eine Spannungsfestigkeit von bis zu fünf Kilovolt geprüft. Durch diesen Test wird sichergestellt, dass Personen und Gegenstände vor elektrischen Überschlägen und Ableitströmen geschützt sind. Anschließend wird das Batteriegehäuse mit einem heißverstemmten Deckel abgedeckt, um das Batteriemodul berührungssicher zu machen und vor Staubpartikeln zu schützen. Zuletzt wird ein Data Matrix Code auf das Batteriemodul gelasert, der die eindeutige Identifizierung des Batteriemoduls ermöglicht.
Die Besonderheit der Anlage liegt in ihrem modularen Aufbau, der für die Flexibilit?t in der Fertigung sorgt. ?Der modulare Aufbau war uns besonders wichtig, um die M?glichkeit zu haben, auf entsprechende Kundenwünsche schnell und unkompliziert reagieren zu k?nnen.“, sagt Mark Laderer. Es k?nnen verschieden gro?e Batteriemodule im PHEV2 Format mit zw?lf bis vierundzwanzig Batteriezellen pro Einheit produziert werden. Darüber hinaus kann in der Art der Verschaltung der einzelnen Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls variiert werden.
Unser Anspruch ist es, sowohl kleinere Kunden mit einem fertigen Produkt, als auch etablierte Konzerne mit einer individuellen Lösung bedienen zu können – die KUKA-Linie ermöglicht uns beides.
Ein weiteres Augenmerk legte der Automatisierungsprofi auf das Thema Traceability: Jedes im Modul verbaute Bauteil wird zusammen mit Prozessparametern dem finalen Produkt zugeordnet. Der Kunde kann dadurch auch Jahre sp?ter einsehen, welche Komponenten in jedem einzelnen Batteriemodul verbaut wurden und alle Schritte des Produktionsprozesses nachvollziehen. Darüber hinaus k?nnen im Produktionsprozess Fehler schneller identifiziert und Prozesse optimiert werden. ?Batteriemodulproduktion ist mehr als das mechanische Zusammensetzen von Einzelteilen.“, erkl?rt Max Fluhrer, Projektleiter im Bereich Battery Solutions von KUKA.
Die Anlage muss individuell auf Chargenqualität reagieren können, flexible Produktkonfigurationen ermöglichen und die angesprochene hundertprozentige Traceability sicherstellen. Wir sind stolz darauf, dass wir von ElringKlinger für diese anspruchsvolle Aufgabenstellung als Partner ausgewählt wurden.
