Batteriezellen sind die treibende Kraft hinter der Elektrifizierung der Mobilität. Das macht die Batterietechnik zu einer Schlüsseltechnologie von hoher strategischer und wirtschaftlicher Relevanz. Aktuell wird die Nachfrage vor allem in Asien und Nordamerika gedeckt. Das hat auch Auswirkungen auf den Maschinen- und Anlagenbau.
Dazu Professor Jürgen Fleischer, Leiter wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT): „Wir haben in Deutschland nicht die Voraussetzungen, um in der rein kostengetriebenen Massenfertigung von Zellen und dem dazugehörigen Maschinenbau wettbewerbsfähig zu sein.“
Vom Weltmarkt differenzieren?
Die jetzt erfolgte Eröffnung der weltweit ersten agilen Batteriezellfertigung in der Karlsruher Forschungsfabrik ist vor dem Hintergrund von besonderer Bedeutung. Laut Fleischer zeigt sie, „wie wir uns mit einer hochflexiblen und ressourceneffizienten Produktion vom Weltmarkt differenzieren und gezielt das margenstarke Premiumsegment und Nischenmärkte adressieren können .“
Hochflexible roboterbasierte Automatisierung
Die agile Batteriezellfertigung geschieht auf Basis einer roboterbasierten Automatisierung. Diese erreicht einen Flexibilitätsgrad, der bisher nur in der manuellen Zellfertigung darstellbar war. Unternehmen versetzt das in die Lage, sich schneller an neue Technologien und volatile Märkte anzupassen, was die Wettbewerbsfähigkeit von Deutschland als Industriestandort stärken kann. Bund und Land förderten das Projekt, das zusammen mit mittelständisch geprägten Maschinen- und Anlagenbauern entwickelt wurde, mit insgesamt knapp 19 Millionen Euro.
Für ihre Batteriezellfertigung entwickelte das Forscherteam des KIT zusammen mit der Firma Exyte spezielle Roboterzellen. „Diese stellen eine Weltneuheit auf dem Gebiet dar. Sie dienen als lokale Trockenräume, auch Microenvironments genannt, zum Schutz der feuchtigkeitsempfindlichen Batteriematerialien“, so Fleischer. Im Vergleich zu konventionellen Trockenräumen sei das zu entfeuchtende Raumvolumen deutlich kleiner. Daher biete diese Technologie ein besonders hohes Energieeinsparpotenzial. Vier solcher Microenvironments stellen mit ihren zugehörigen Prozessmodulen den physischen Aufbau der agilen Batteriezellfertigung in der Karlsruher Forschungsfabrik des wbk dar.
Simulation im Dienste der Optimierung
Darüber hinaus realisierten die Projektbeteiligten einen „digitalen Zwilling“ als ein virtuelles Abbild des Produktionssystems. Hierdurch lassen sich softwarebasiert Skaleneffekte durch die Vervielfachung einzelner Microenvironments untersuchen und produktionstechnische Größen wie die optimale Losgröße ermitteln. Die Simulation lässt sich ebenfalls für die Produktionsplanung der agilen Batteriezellfertigung nutzen. Die reale Anlage ist an eine Datenbank angebunden, um künftig alle Prozesse KI-basiert anpassen und optimieren zu können.
Weitere Informationen:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
www.kit.edu
