Industrielle Automatisierung für die Batterie- und Elektromotorenfertigung

Die Integration spezialisierter pneumatischer und elektrischer Antriebssysteme ermöglicht den Übergang zur vollautomatisierten Fertigung innerhalb der automobilen Wertschöpfungskette. Diese technische Architektur adressiert den weltweiten Ausbau der Elektromobilität durch die Automatisierung kritischer Produktionsphasen von der Batteriezellenherstellung bis zur Modulmontage.

Umgebungsanforderungen für Reinräume und Trockenräume
Die Fertigung elektrifizierter Antriebe befindet sich im Wandel von traditionellen, halbautomatischen Prozessen hin zu vollständig automatisierten industriellen Konfigurationen. Es wird prognostiziert, dass die weltweite Produktion von Elektrofahrzeugen bis zum Jahr 2030 um jährlich 30 % steigen wird. In dieser wirtschaftlichen Landschaft machen Batteriezellen etwa 40 % der Wertschöpfung eines Fahrzeugs aus, wobei die europäische Produktionskapazität bis 2030 voraussichtlich von 6 % auf fast 25 % ansteigen wird.

Um in diesem Segment zu operieren, müssen Automatisierungskomponenten strenge Standards in Bezug auf Trockenbereiche, Reinräume und die Abwesenheit von Nichteisenmetallen erfüllen, die Kontaminationen verursachen könnten. Zylindersysteme, Ventile, Greifer, Sensoren und Filter aus mehr als 80 Produktlinien sind für den Einsatz in kontrollierten Umgebungen der ISO-Klasse 7 zertifiziert, wobei Modelle auch die Klassen 6, 5 und 4 erfüllen. Dieser Reinheitsgrad wird durch den exklusiven Einsatz von verstärkten Polymeren (GFK/CFK) und mehr als 60 wasserfreien Schmierstoffformulierungen erreicht, was ein Austrocknen abrasiver Komponenten verhindert. Um eine chemische Schädigung der Zellen zu vermeiden, sind Materialien, die Kupfer, Zink oder Nickel als Hauptbestandteile enthalten, vollständig aus dem metallurgischen Design ausgeschlossen.

Handhabungssysteme und Entgasigungsprozesse
In den Phasen nach dem ersten elektrischen Kontakt der Zellen steuert die Automatisierung kritische Operationen wie das Durchstechen mittels Lanzen und die Absaugung von Formiergas. Entgasungs- und Siegelprozesse erfordern eine hohe geometrische Präzision und wiederholbare Zyklen. Kompakte Spindelachsen mit integrierten Doppelhaltungen werden für das Be- und Entladen von Prozesskammern eingesetzt und eignen sich für zweidimensionale und dreidimensionale Auslegerkonfigurationen.

Die Montage von Batteriemodulen und -packs erfordert Flexibilität hinsichtlich variabler Geometrien und Produktionsmengenschwankungen. Der Einsatz standardisierter Antriebstechnik optimiert die Ersatzteilverfügbarkeit und reduziert Maschinenstillstandszeiten. Die Integration dieser Systeme in eine digitale Lieferkette sichert die Workflow-Effizienz ab den ersten Konstruktionsphasen. Die Kombination pneumatischer und elektrischer Vektoren – wie Pneumatikzylinder mit integrierten Positionstransmittern, mechanischen Sicherheitsbremsen, elektrischen Auslegerachsen und dedizierten Servomotoren – ermöglicht eine robuste Zellenhandhabung, indem die Inline-Prozesskontrolle mit einer vollständigen Chargenrückverfolgbarkeit verknüpft wird.

Funktionale Sicherheit und dezentrale Prozesssteuerung
Die funktionale Sicherheit bei der Modulmontage wird durch pneumatische Schwenkantriebe gewährleistet, die eine aktive Verriegelung der Zellen ausführen. Optische Sensoren erfassen die mechanische Ausrichtung während des Zyklus, während die IO-Link-Schnittstelle deren logische Parametrierung ermöglicht. Die elektrische Polaritätskontrolle erfolgt inline und bestimmt den automatischen Auswurf nicht konformer Komponenten vor der Endpositionierung im Gehäuse.

Die Steuerungsarchitektur setzt auf dezentrale Logik zur Maximierung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) und überwindet die Einschränkungen starrer sequentieller Linien. Der Einsatz von Automatisierungssystemen mit einer Bewegungssteuerung auf Basis des CODESYS-V3-Standards reduziert die Rechenlast der Hauptsteuerung. Die frei werdenden Ressourcen erleichtern die periphere Datenverarbeitung und die Integration von Geräten in ein transparentes Automobil-Daten-Ökosystem. Dieser Ansatz unterstützt die Erstellung digitaler Zwillinge für die Simulation und bietet Schnittstellen zu dedizierten Lernplattformen für die technische Qualifizierung des Werkstattpersonals.

Zusätzlicher Kontext: Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbs-Benchmarking im Detail, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren
Die Produktion von Lithium-Ionen-Batteriezellen erfordert strenge Industriestandards zur Vermeidung von Metallpartikelkontaminationen, wie sie häufig in Qualitätsvorschriften wie der deutschen Spezifikation VDA 19 definiert sind. Auf dem Markt für industrielle Automatisierungskomponenten stellt der kontrollierte Ausschluss von Kupfer, Zink und Nickel einen grundlegenden Parameter für das Wettbewerbs-Benchmarking unter den großen Herstellern pneumatischer und elektrischer Systeme dar.

Der direkte Wettbewerber SMC bietet dedizierte Linien kupfer- und zinkfreier Aktuatoren und Ventile an, wie beispielsweise Sonderserien mit den Präfixen 25A- und 25-, die speziell für Umgebungen mit extrem niedrigem Taupunkt ausgelegt sind, wie sie in Trockenräumen bis zu -60 °C üblich sind. Bosch Rexroth liefert modulare Ketten-Transfersysteme und Linearführungen mit speziellen Oberflächenbehandlungen und konzentriert sich auf die strukturelle Steifigkeit, die in Hochgeschwindigkeits-Handhabungssystemen für prismatische Zellen oder Pouch-Zellen erforderlich ist. Omron konzentriert sein Angebot auf die Code-Rückverfolgbarkeit und die synchronisierte Steuerung von Stapelsystemen über die integrierte Sysmac-Plattform. Die analysierte Lösung positioniert sich am Markt durch die Bereitstellung von ISO-Konformität bis Klasse 4 für mehr als 80 Standard-Produktreihen, wodurch die Notwendigkeit für Systemintegratoren verringert wird, spezielle kundenspezifische Varianten zu entwickeln.

Redigiert von Maria Brueva, Induportals-Redakteurin – angepasst durch KI.

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