Bedeutung der Intralogistik für die Batterieproduktion
Maximale Flexibilität als Voraussetzung für eine effiziente Batterieproduktion
Der Ausbau der Batteriefertigung bietet jedoch nicht nur große Chancen, sondern stellt Automobilhersteller und die Intralogistikbranche auch vor neue Herausforderungen: So gibt es hinsichtlich der Batteriekonfigurationen bislang keine klaren Marktpräferenzen, was bedeutet, dass ein Fahrzeughersteller nicht nur Flexibilität und Reaktionsfähigkeit besitzen sollte, um schnell und reibungslos zwischen unterschiedlichen Batteriekonfigurationen wechseln zu können, sondern er muss auch für dasselbe Elektrofahrzeugmodell sämtliche unterschiedlichen Batteriekonfigurationsmöglichkeiten vorhalten. Dies wiederum ist nur mit einer hochflexiblen, maximal zuverlässigen und automatisierten Intralogistik möglich, denn rund 70 Prozent der Produktionszeit fallen allein für die Intralogistik an. Nur wenn das richtige Material zur richtigen Zeit in der richtigen Menge an den richtigen Ort transportiert wird, können Anlagen und Maschinen optimal genutzt werden. Eine intelligente und digitalisierte Intralogistik ist somit die Voraussetzung, um die fortschreitende Automatisierung und Individualisierung der Produktionsprozesse effizienter, flexibler und effektiver zu gestalten.
Only if the right material is transported to the right place at the right time in the right quantity, plant and machinery can be used optimally. Thus, intelligent and digitalized intralogistics systems are the prerequisite for making the progressive automation and individualization of production processes more efficient, flexible and effective.
But what exactly are the requirements for the intralogistics of a future-proof battery production?
Mit dem Boom der E-Mobilität und dem damit verbundenen rasant wachsenden Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien, dem „Herz eines Elektrofahrzeugs“, wächst für die E-Automobilbranche auch der Bedarf an leistungsstarken und innovativen Intralogistiklösungen mit hoher Systemverfügbarkeit für eine flexible und individualisierte Batteriezellherstellung sowie Batteriemodul- und Batteriepackmontage.
Der rasant wachsende Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien prägt die Anforderungen an die Intralogistik.
Es ist davon auszugehen, dass sowohl die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien weiter steigen wird als auch in absehbarer Zeit keine einheitlichen, herstellerunabhängigen Batteriekonfigurationen zu erwarten sind. Somit muss sich ein zukunftsfähiges Intralogistiksystem vor allem im Layout unkompliziert erweitern und jederzeit flexibel anpassen lassen – und dies bei stets maximaler Systemverfügbarkeit. Dabei ist die Skalierbarkeit des Intralogistiksystems von entscheidender Bedeutung. Zum einen, um auf Schwankungen in der Batterienachfrage bzw. im Beschaffungsmarkt der Rohmaterialien reagieren zu können und zum anderen, um seitens der Hersteller neue und leistungsfähigere Batteriezellen, -module oder -packs in kurzer Zeit entwickeln, validieren und zur Marktreife bringen zu können.
Zur Steigerung des Durchsatzes in den unterschiedlichen Produktions- und Montagephasen der Batteriefertigung sind verschiedene Anpassungen im Intralogistiksystem denkbar:
Um gleichzeitig Batteriezellen und fertige Batterien zu den unterschiedlichen Transportzielen befördern zu können, ist ein modulares Transfersystem wie das intelligente und flexible Monoschienen- und Shuttle-Transportsystem montrac® von montratec von entscheidendem Vorteil: Aufgrund integrierter, elektrisch betriebener Weichen, Kreuzungen und Bypässen ist eine optimale Auslastung von Bearbeitungsstationen mit unterschiedlichen Durchlaufzeiten sowie die Integration von Pufferzonen möglich. Zudem sorgen Transportstrecken über mehrere Etagen, die wiederum über Liftsysteme miteinander verbunden sind oder auch die Komplettmontage des Transfersystems unter der Decke, für größere freie Produktionsflächen.
Autonom gesteuerte montrac®-Transportshuttles, die eigenständig die optimale Route auf der Monoschiene finden, ermöglichen beispielsweise auch dann einen kontinuierlichen Materialfluss, wenn an den Arbeits- und Montagestationen entlang der Transportstrecke die Bearbeitungszeiten unterschiedlich oder unterschiedliche Güter in unterschiedlichen Losgrößen auf derselben Strecke zu transportieren sind. Somit ist eine flexible Skalierung bzw. individuelle Anpassung unterschiedlicher Produktions- und Intralogistikprozesse sichergestellt. Aufgrund des modularen Aufbaus von montrac®, basierend auf untereinander kompatiblen Standardkomponenten, lassen sich Anpassungen oder Erweiterungen des Anlagendesigns einfach und mit minimalen Unterbrechungszeiten im Produktionsprozess vornehmen.
Hochverfügbare Systeme optimieren die Leistungsfähigkeit der Intralogistik in der Batterieproduktion.
Bei der in der E-Mobilität eingesetzten Speichertechnologie dominieren Lithium-Ionen-Batterien. Unabhängig davon, ob sie als Pouch-Zellen, prismatische Batterien oder zylindrische Rundzellen gefertigt werden, durchlaufen alle unterschiedlichen Batteriezellformate dieselben Prozesse in der Modulfertigung - von der Eingangsprüfung und Zellreinigung über den Positionierungsprozess mit hochpräziser Laserschweiß- und Dispenser-Technologie bis zur abschließenden End-of-Line-Prüfung und Qualitätssicherung.
Präzision und High-Speed sind Voraussetzungen für die hochwertige Batteriemontage.
Sämtliche unterschiedlichen Fertigungs- und Prüfprozesse müssen dabei stabil, reproduzierbar und mit einer hohen Prozess- und Wiederholungsgenauigkeit ablaufen. Doch nicht nur die Anforderungen an Qualität, sondern auch an Schnelligkeit steigen in der Batteriefertigung. Dabei muss der Materialfluss des hochsensiblen Transportguts zwischen und zu den unterschiedlichen Arbeits- und Montagestationen sowohl schnell als auch sicher und kollisionsfrei erfolgen. Gründe dafür sind, dass der brennbare Elektrolyt einer Lithium-Ionen-Batterie extrem empfindlich gegenüber Hitze, Feuchtigkeit und durch Stöße ausgelöste technische Defekte ist – all dies kann zu explosionsartigen Bränden führen. Hier sind hochpräzise, laufruhige und kollisionsfreie Transfersysteme gefragt.
Bei der Assemblierung der Batteriezellen zu Batteriemodulen werden die Batteriezellen zunächst exakt positioniert und sicher zueinander fixiert, bevor sie zum nächsten Arbeitsschritt weiterbefördert werden. Bearbeitungszeiten von < 1 Sekunde pro Batteriezelle und mehreren Hundert Batteriezellen in einem Pick-and-Place-Arbeitsschritt sind dabei keine Seltenheit.
Auch für die Beförderung der Komponenten, die für den Einbau von Kabelbäumen, Kühl- und Batterie-Management-Systemen, Dichtungen und Deckel sowie zum Laden und Installieren der Software benötigt werden, sind hohe Geschwindigkeiten auf der Transportstrecke zwischen den einzelnen Fertigungs- und Montagestationen gefragt.
Impact-free Transport in High-Speed auf der Monoschiene
Auch hier kann das Monoschienen- und Shuttle-Transportsystem montrac® punkten:
Elektrostatische Entladung begegnet uns in vielen Alltagssituationen. Wer kennt das nicht: man berührt nichtsahnend eine Türklinke, nachdem man länger mit Gummisohlen über Teppichboden gelaufen ist oder zieht einen synthetischen Pullover über den Kopf und schon bekommt man einen ‚elektrischen Schlag‘. Bei diesem Phänomen handelt es sich tatsächlich um einen kurzen, hohen Stromschlag - eine sogenannte elektrostatische Entladung (engl. electrostatic discharge = ESD). Diese entsteht, wenn es zwischen zwei Körpern oder Materialien mit unterschiedlichen Spannungspotentialen zum Ladungsaustausch kommt, also sich die entstandene elektrische Spannung bei Berührung von geerdeten Gegenständen oder Personen plötzlich entlädt.
Während elektrostatische Entladungen im Alltag selten ein Problem darstellen, führen bereits geringe Entladungen an elektronischen Bauteilen in den meisten Fällen zu schwerwiegenden Qualitätsproblemen. Diese zeigen sich jedoch i.d.R. erst nach dem Verbau oder Vertrieb der Bauteile und verursachen nicht unerhebliche Kostenprobleme. So belegen beispielsweise Statistiken in der Halbleiterindustrie, dass rund 25 Prozent der als defekt zurückgelieferten Bauteile auf ESD-Schäden zurückzuführen sind.
Bereits geringe Aufladungen können Bauteile zerstören oder so vorschädigen, dass sie später im Einsatz ausfallen.
Demzufolge gelten in der Fertigung von Telekommunikations- und Computertechnik, Industrie- und Automobilelektronik, aber auch in der Batterieproduktion besondere ESD-Schutzmaßnahmen. Diese sind in vielen europäischen Ländern einschließlich Deutschland in der ESD-Norm „zum Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene“ sowie in der DIN-Norm EN 61340-5-1 definiert. Welche Maßnahmen (wie z.B.: antistatische und ableitfähige Arbeitsflächen, ESD-Bodenbeläge, ESD-Sitzgelegenheiten, etc.) dabei umzusetzen sind, hängt vom Produktionsumfeld und den jeweils verwendeten Baukomponenten ab. Darüber hinaus regeln Richtlinien und Normen aber auch die nötige ESD-Weiterbildung und -Ausrüstung (wie ESD-Schuhe, ESD-Bekleidung, ESD-Armbänder oder ESD-Werkzeuge) der Mitarbeiter.
Grundsätzlich gelten für die industrielle Produktion zwei Ansätze:
a.) Aufladungen vermeiden
b.) Schnelle Entladungen vermeiden
In der Batteriefertigung ist der ESD-Schutz zwingend erforderlich: Deshalb kommen bei der Arbeit mit HV-Batteriepacks entsprechende ESD-Arbeitsplätze und isolierte Werkzeuge zum Einsatz, um Mitarbeiter und Batteriezellen vor dem Risiko eines Stromschlags zu schützen. Demzufolge müssen auch die in der Batterieproduktion eingesetzten Intralogistiksysteme ESD-sicher sein, so dass es beim Transport der empfindlichen Batterieprodukte weder zu elektrostatischer Auf- noch Entladung kommt.
Zertifizierter, ESD-sicherer Transport von elektronischen Bauteilen mit montrac® im ESD-Schutzbereich
Das intelligente Monoschienen- und Shuttle-Transportsystem montrac® wurde gemäß DIN EN 61340-5-1 auditiert und ESD-zertifiziert - und operiert damit nachweislich hundertprozentig antistatisch. Die messtechnische Überprüfung unterschiedlicher, auf der Monoschiene aufgesetzter und mit der Stromschiene verbundener montrac®-Shuttles belegt, dass montrac® sämtliche Anforderungen der ESD-Norm „zum Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene“ sowie der DIN-Norm EN 61340-5-1 erfüllt. PE (englisch protective earth)-Schutzleiteranschlüsse am Schienensystem mit integrierter Stromschiene garantieren die ESD-Sicherheit.
Somit ermöglichen montrac®-Intralogistiklösungen nicht nur den ESD-sicheren Transport elektronischer Bauteile und weiterer hoch sensibler Komponenten in der Batteriefertigung, sondern sichern gleichzeitig auch den Personenschutz im ESD-Schutzbereich.
