Einen Effizienzsprung bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien verspricht der intelligente SCHUNK Batteriezell-Greifer. Der smarte Greifer vereint das flexible Handling, die Identifikation und die 100 %-Qualitätskontrolle von Li-Ion-Zellen in einem kompakten Modul. Alle erfassten Prozessdaten und Kennlinien zu Geometrie, Temperatur und Ladezuständen werden über ein integriertes PC-System noch auf Ebene des Greifmoduls verarbeitet und als aufbereitete Information via Ethernet TCP/IP sowohl der Anlagensteuerung als auch übergeordneten Datenbanksystemen zur Verfügung gestellt. Damit leistet der Batteriezell-Greifer einen wichtigen Beitrag zur autonomen Prozessgestaltung innerhalb smarter Produktionsumgebungen der Industrie 4.0.

Lithium-Ionen-Akkus gelten aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihres Speichervermögens als technologische Schlüsselkomponenten der Elektromobilität und stationärer Speichersysteme. Intensive F&E-Aktivitäten haben in jüngster Zeit dazu geführt, dass deren Leistungsfähigkeit rasant steigt und die Ladezeiten deutlich zurückgehen. Zugleich sinken jedoch die Stückerlöse um bis zu 20 % pro Jahr. Der Anteil von Handarbeitsplätzen bei der Produktion der Akkupacks erschwerte bislang eine kostenattraktive Herstellung in großen Stückzahlen. So wird bis heute beispielsweise der Zustand der einzelnen Li-Ion-Zelle sowohl bei deren Versand aus der Zellproduktion als auch beim Wareneingang in der Akkupackmontage größtenteils manuell mithilfe von Messgeräten geprüft. Das ist zeitintensiv und aufgrund von Bedienfehlern zum Teil mit fehlerhaften Messergebnissen verbunden. Um die für die kommenden Jahre prognostizierte, rasant steigende Nachfrage zu bewältigen, kann dieser Vorgang nun vollständig automatisiert werden.

Autonome Kontrolle aller relevanten Parameter

Hierfür hat der Kompetenzführer für Greifsysteme und Spanntechnik SCHUNK ein hochintegriertes Greifsystem entwickelt, das seine strategisch exponierte Position „closest-to-the-part“ aktiv nutzt, um alle für das Handling und die Qualitätskontrolle erforderlichen Prozessschritte autonom zu erledigen: Der Greifer nimmt die prismatische Li-Ion-Zelle schonend auf und fährt sie während des Handhabungsprozesses in eine definierte Prüfposition innerhalb des Greifers. Dort wird die Zelle vollautomatisch über einen Barcode- oder Data-Matrix-Code identifiziert und geometrisch vermessen. Zugleich werden die Temperatur und Wölbung der Zelloberfläche sowie wichtige elektrische Parameter bestimmt: Ruhespannung zur Ermittlung des Ladezustands (SOC), Zellinnenwiderstand, Isolationswiderstand, Impedanz bei zwei Frequenzen zur Ermittlung der Kapazität. Über ein integriertes PC-System auf der Ebene des Greifmoduls können die aufbereiteten Informationen in Echtzeit sowohl der Anlagensteuerung als auch ERP-Systemen und übergeordneten Datenbanksystemen via Ethernet TCP/IP zur Verfügung gestellt werden. Dort lassen sich Auswertungen zu fehlerhaften oder abweichenden Modulen automatisch dokumentieren und gegebenenfalls als Mängelanzeige direkt an den Zulieferer senden. Die Datenkennlinien können in der Visualisierung getrennt angezeigt werden. Aus der Analyse der Messdaten lassen sich Informationen zur Produkt- und Prozessverbesserung gewinnen. Nach Abschluss der vollintegrierten Qualitätskontrolle schleust der Greifer die Zelle in der Modulfertigung in die passende Linie ein oder setzt die Zelle in den Versandtray des Zellherstellers. NIO-Teile werden automatisch ausgeschleust.

Modulares Konzept ermöglicht individuelle Prozessgestaltung

Über standardisierte mechanische Schnittstellen lässt sich der SCHUNK Batteriezell-Greifer mit unterschiedlichsten Roboter- oder Portalsystemen verbinden. Die Ansteuerung erfolgt über digitale I/O. Aufgrund des modularen Konzepts sowie frei konfigurierbarer Regelkreise lassen sich sowohl die Art als auch der Umfang der einzelnen Prüfprozeduren individuell definieren. Zudem können auf Wunsch weitere Messungen und Auswertungen integriert werden. Das modulare Sensorikkonzept und konfigurierbare Regelkreise sichern hochflexible Einsatzmöglichkeiten. In der Spitze sind Taktzeiten unter 2 Sekunden möglich.

Intelligente Automation ermöglicht effiziente Batterieproduktion

Smarte Greifsysteme wie der SCHUNK Batteriezell-Greifer bieten die Möglichkeit für autonome Prozesse und leisten in mehrerlei Hinsicht einen wichtigen Beitrag für die Produktion von morgen: Zum einen senken die vollintegrierten Lösungen die Kosten der Gesamtanlage, da zusätzliche Messtechnik entfällt und sowohl der Platzbedarf und als auch der Inbetriebnahmeaufwand reduziert werden. Zum anderen lässt sich bei deutlich verringertem Personalaufwand die Prozessgeschwindigkeit spürbar erhöhen. Für den Maschinenbau, Systemintegratoren und Automatisierer bietet ein solches autonomes Handling- und Messkonzept neue Möglichkeiten bei der Realisierung von Anlagen mit integrierter Monitoringfunktion. Die aus Messprotokollen gewonnenen Ergebnisse jeder hergestellten Zelle liefern wertvolle Informationen, um Anlagen noch effizienter zu gestalten sowie bei Abweichungen frühzeitig im Herstellungsprozess einzugreifen und Kosten zu senken. Gerade in der Batterieproduktion sind intelligente All-in-One-Lösungen wie der SCHUNK Batteriezell-Greifer ein wichtiger Schlüssel, um eine wirtschaftliche Herstellung großer Stückzahlen bei maximaler Prozessqualität zu ermöglichen.

SCHUNK auf der Battery Japan 2019 (27.02. – 01.03.2019): West Hall/1F

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