Batteriemontage wird präziser und flexibler

Simon Schuster ist Solution Architekt im Bereich Batteriefertigung bei Bosch Rexroth. Als Teil des Center of Competence Batterie arbeitet er an Automatisierungslösungen für eine Branche im Wandel. Denn mit der Transformation hin zur Elektromobilität wachsen auch die Anforderungen an die Produktionssysteme – sie müssen flexibler, skalierbarer und deutlich präziser werden.

„Die Automobilindustrie hatte es lange vergleichsweise einfach: ein Auto, ein Motor, ein Getriebe. Heute ist ein Auto mit einer Batterie verbunden – und diese besteht aus vielen Zellen, die schnell und effizient verarbeitet werden müssen“, sagt Schuster auf der Hannover Messe. Die Lösungsansätze dafür holt sich Rexroth aus einer Branche, die mit Stückzahlen, Taktzeiten und Standardisierung bestens vertraut ist: „So wie Automatisierungslösungen Müsliriegel transportieren, übernehmen sie nun auch den Transport von Batteriezellen.“

Die neue Logik der Batterieproduktion

Im Zentrum des Konzepts steht eine vollständige Entkopplung von Logistik und Produktion. Anstelle starrer Layouts nutzt Rexroth linearmotorische Systeme und Spiralförderer, die in vertikalen Ebenen platzsparend viele Batteriezellen puffern können. „Die Spiralförderung braucht wenig Fläche und erlaubt eine hohe Zellanzahl im Speicher, um jederzeit die Montageanlage versorgen zu können“, so Schuster. Das System sei so leicht, dass es hängend an der Decke montiert werden könne – ohne Probleme mit Dachlasten.

Herzstück der Lösung ist das magnetbasierte Fördersystem, das Schuster mit einem Augenzwinkern „Transrapid der Batterieproduktion“ nennt. „Wir reden hier von vier Metern pro Sekunde Geschwindigkeit bei einer Positioniergenauigkeit von 15 bis 20 Mikrometern“, erläutert er. Damit sei das System für hochpräzise Prozesse wie das Befüllen mit Elektrolyt oder die Applikation von Wärmeleitpasten geeignet – ohne zusätzliche Sensorik.

Oben und unten hochpräzise, in der Mitte maximale Effizienz

Die Kombination aus präziser Unterkonstruktion und einem ebenso steifen, linearmotorisch geführten Achssystem von oben sorgt für konstante Genauigkeit über die gesamte Produktionsstrecke. „Wenn ich eine 5-Meter-Achse habe, bleibt die Toleranz über die gesamte Länge gleich – im Gegensatz zu einem klassischen Roboterarm, der je nach Ausgriff unterschiedliche Toleranzen hat.“

Diese Architektur erlaubt eine effizientere Ausnutzung des Raums und präzisere Prozesse bei reduziertem Footprint. Statt vieler Roboterarme mit zusätzlicher Sensorik ermögliche die mechanische Präzision eine „cleanere“ Automation. „Wir können Prozesse wie Verschrauben, Vermessen oder Pastenauftrag jetzt ohne Zusatzsensoren umsetzen – nur durch die mechanische Genauigkeit von oben und unten.“

Offenes Ökosystem

Orchestriert wird die Linie durch Rexroths Plattform ctrlX AUTOMATION. Das hardwareunabhängige Betriebssystem ctrlX OS kann sowohl auf der SPS als auch auf Servern laufen. Das erlaubt eine Entlastung der Maschinensteuerung durch die Verlagerung von Datenverarbeitung auf übergeordnete Server: „Die Steuerung konzentriert sich auf die Linie – der Server übernimmt die Datenanalyse und Verwaltung.“

Zusätzlich hat Rexroth einen Store mit Apps aufgebaut, der neben eigenen Applikationen auch Apps von Partnern wie Wago bereitstellt. „Das ist wie ein iPhone für die Industrie – die Kunden laden die App und haben direkt Zugriff auf ihre Funktion, etwa zur Energiedatenerfassung.“

Trotz aller Automatisierung bleibt der Mensch für Schuster ein zentraler Bestandteil der Fertigung – besonders in der Qualitätssicherung und bei nicht standardisierten Prozessen. In der digitalen Demo einer Batteriefabrik zeigt Rexroth daher auch manuelle Arbeitsstationen mit Cobots und AMRs. Ergänzt wird das Portfolio durch intelligente Handschrauber mit integrierter Kamera und Lagesensorik, die Montageprozesse dokumentieren und in IT-Systeme rückspiegeln können.

Skalierung bis zur Drei-Tonnen-Klasse

Um auch schwerere Batteriepakete oder gestapelte Ladungsträger bewegen zu können, erweitert Rexroth derzeit sein Transfersystem TS auf bis zu drei Tonnen Tragkraft. Schuster: „Ein Batteriepack wiegt heute 500 bis 800 Kilo – mit Palette und Sicherheitsreserven kommen wir schnell auf eine Tonne. Und für zukünftige LKW-Batterien wird’s sicher noch schwerer.“

Für Schuster ist klar: Der Erfolg der Automatisierung liegt nicht in der Einzellösung, sondern im Zusammenspiel. Von linearmotorischer Hochpräzision über modulare Architektur bis zur offenen Automatisierungsplattform biete Rexroth einen Werkzeugkasten für verschiedenste Produktionsszenarien. „Die Batterieproduktion ist noch nicht standardisiert – Zellformate, Prozesse und Layouts ändern sich ständig. Unsere Systeme müssen deshalb so flexibel sein, wie die Anforderungen es erfordern.“