Modular zur Montage von Batteriepacks

In der Herstellung von Verbrennermotoren sind die Anforderungen bekannt und exakt definiert. Die Produktion von E-Mobilitätskomponenten ist für viele Anwender allerdings noch Neuland. Anlagen für die Batteriepackmontage sind meist noch nicht auf hohe Stückzahlen ausgelegt und daher nur teilautomatisiert, denn für kleine und mittlere Losgrößen war eine Vollautomation bisher nicht rentabel.

Mit den steigenden Stückzahlen ist eine teilautomatisierte Produktion jedoch nicht mehr effizient und wirtschaftlich. Um in den wachsenden Märkten mithalten zu können, werden komplett automatisierte Montagelinien zunehmend von den Fahrzeugherstellern und Zulieferern nachgefragt.

Automationsanbieter mit Systemfähigkeit

Diesen technologischen Wandel hat Liebherr in die Weiterentwicklung seiner Automationslösungen einbezogen und Know-how aufgebaut, um seine Kunden bei der Konzeption neuer Fertigungsprozesse zu unterstützen. Das Unternehmen legt Fertigungslinien sowohl für den konventionellen als auch den elektrifizierten Antriebsstrang aus und deckt mit seinen modularen Automationslösungen von der Einzelstation bis zur Turnkey-Anlage alle Anforderungsprofile ab – ob für Verbrenner oder für die E-Mobilität.

„Im Hinblick auf die veränderten Anforderungen an die Automation in der E-Mobilität wandeln wir uns gerade vom Automationsspezialisten mit Fokus auf Materialflusstechnik zum Systemlieferanten mit Prozesskompetenz“, beschreibt Viktor Bayrhof, Marktvertrieb & Produktmanagement Automationssysteme bei Liebherr, den Anspruch des Unternehmens.

Dosieren und Schrauben

Im Hinblick auf diese Anforderungen spielen Teilprozesse in der Batteriepackmontage eine entscheidende Rolle. Dies sind vor allem Dosier- und Schraubprozesse:

• das Dosieren und Auftragen des wärmeleitfähigen und elektrisch isolierenden Gap-Fillers, einer Wärmeleitpaste für die thermische Anbindung und Entwärmung der elektrischen Komponenten
• das Einsetzen und Verschrauben der Module im Batteriepack
• das Aufsetzen und Verschrauben des Batteriedeckels sowie das Auftragen des Dichtmittels, damit keine Gase austreten oder Feuchtigkeit in die Batterie eindringen kann.

Weitere wichtige Bausteine sind kritische und sicherheitsrelevante Prozesse am Ende der Fertigungslinie wie der Leak-Test (Dichtheitsprüfung) und der End-of-Line-Test (Hochvolt-Stromtest) sowie die Integration der entsprechenden Prüfstände in die Fertigungslinie. Dabei werden Lösungen dafür entwickelt, wie ein Batteriepack von der Fertigungslinie an den Prüfstand übergeben wird. Auch Extremszenarien wie der Brandfall werden betrachtet und Notfallstrategien erarbeitet.

Automatisiertes Stecken

Einen besonderen Fokus legt Liebherr auf das elektrische Kontaktieren der Hochvolt-Modulverbinder (Busbars). Diese können gesteckt, geschraubt oder geschweißt werden. Steckbare Modulverbinder bieten deutliche Vorteile gegenüber Schraubverbindungen. Liebherr hat dafür einen innovativen und bislang einzigartigen Automationsprozess entwickelt, mit dem auch diese Art von Steckverbindungen prozesssicher gesteckt werden kann.

Von Teilprozessen zum Gesamtsystem

Die Komponenten für die einzelnen Prozesse liefern spezialisierte Lieferanten. Bei Dosierprozessen wird beispielsweise das Dosierequipment, darunter die Pumpe, die Dosiereinheit und das Prozessüberwachungssystem, zugekauft. Liebherr integriert dieses in die eigenen Roboterzellen und liefert eine schlüsselfertige Automationslösung für den kundenspezifischen Prozess. Das kann eine Integration der Prozessstationen in ein von Liebherr konzipiertes Gesamtsystem bedeuten, bei Bedarf kann auch eine einzelne Station anbieten.

„Wir betrachten den Prozess von innen nach außen – vom Einzelprozess im Detail über die einzelne Roboterzelle bis hin zum Gesamtsystem. Dies alles können wir auf unseren eigenen Testanlagen unter realen Bedingungen testen und validieren“, berichtet Jan Pollmann, Entwicklungsingenieur Automationssysteme. „Wenn wir uns die einzelnen Bausteine der Automation wie einen Lego-Baukasten vorstellen, haben wir im Tech-Center bereits eine kleine Lego-Stadt gebaut und zum Laufen gebracht.“

Auf 700 Quadratmetern Versuchsfläche führt Liebherr im Tech-Center Machbarkeitsstudien und Vorabversuche durch. Teilmontagelinien mit Technologiebausteinen für die automatische Produktion von Batteriepacks (Schrauben, Stecken, Dosieren, Kleben, Greifen, Positionieren) stehen dort für Tests und Qualitätsprüfungen von Komponenten und Prozessen zur Verfügung.

Liebherr bietet damit die Möglichkeit, Prozesse unter realen Bedingungen zu testen und zu validieren. Versuche können Kunden vor Ort oder virtuell über Kameras präsentiert werden. Bei Versuchsreihen im Auftrag von Kunden ist Liebherr flexibel und reaktionsschnell: „Wenn der Wunsch besteht, einen Prozess direkt am Werkstück zu testen, können wir innerhalb kürzester Zeit eine Versuchslinie dafür aufbauen“, erklärt Pollmann.

„Diese Kernprozesse können auf die Serienanlage für die Volumenproduktion hochskaliert werden.“ Um möglichst jeder Kundenanforderung gerecht zu werden, sind die einzelnen Prozessstationen mit unterschiedlichen Robotertypen ausgestattet.

Kompetenzzentrum E-Mobilität

Der modulare Ansatz bietet größtmögliche Flexibilität, sei es bei der Integration von Handarbeitsplätzen oder der späteren Nachrüstung von Automationsprozessen bei steigenden Stückzahlen. „So kann der Automatisierungsgrad je nach individueller Kundenanforderung mitwachsen. Systemfähigkeit bedeutet, dass wir sämtliche Prozessbausteine zu einer gesamten Anlage zusammenführen können“, resümiert Bayrhof.