PIAB Vakuum GmbH

Stockholm, Sweden  

In dem Bestreben die Produktion von Elektrofahrzeugen zu steigern, fahren Automobilhersteller weltweit ihre Produktionsanlagen für Lithium-Ionen-Batterien hoch. 

Die Produktion von Batteriezellen wird angetrieben durch volumetrische Energiedichte, optimale Anpassung an den verfügbaren Platz im jeweiligen Bauteil, Sicherheit, Wärmeregulierung – und Geschwindigkeit in der Produktion. 

Die von Tesla verwendete zylindrische Zelle hat die schnellste Produktionszeit, aber eine kürzere Lebensdauer. Prismatische Zellen können flach oder rund verpackte oder gestapelte Zellen in einer Hartschalenverpackung sein. Wie bei den gestapelten Pouch-Zellen ist die Nachfrage nach kürzeren Produktionszeiten hoch. Da neben der Geschwindigkeit auch die Positionsgenauigkeit enorm wichtig ist, ist der Einsatz geeigneter Handhabungstechnik für effizientere Prozesse unabdingbar. Die zunehmende Zellgröße erhöht die Herausforderung einer schnellen und genauen Handhabung weiter. Pouch-Zellen bieten das geringste Gewicht und die niedrigsten Produktionskosten, eine gute Wärmeleitfähigkeit und gelten als das höchste Potenzial zur Optimierung der Energiedichte. 

Während die Handhabung von Hartschalengehäusen prismatischer Zellen für jede Greiftechnologie keine große Herausforderung darstellt, ist die Handhabung von Folien- oder Filmprodukten aller Art knifflig, wie die Pouchzellen selbst, deren Materialien, Gap Filler und Hitzeschilde, die in der Produktion von Batteriemodulen verwendet werden. Dies gilt insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten und mit der geforderten Positioniergenauigkeit. 

Als Innovationsführer nutzt Piab seine 70-jährige Erfahrung in der Vakuumtechnologie, um eine Reihe unterschiedlicher Vakuum-Handhabungslösungen für die Batteriezellen- und Modulproduktion zu entwickeln. 

Piabs abdrucksfreie Saugnäpfe handhaben Elektroden, die abwechselnd zwischen Z-gefalteten Trennblättern platziert werden. Sie bieten eine starke Haltekraft und ermöglichen eine schnelle Stapelung des Zellmaterials für Pouch- und prismatische Zellen. 

Die konfigurierbaren piGRIP®-Saugnäpfe eignen sich perfekt zum Verpacken von Pouch-Zellen in Blisterschalen für den Versand. 

Für das Auspacken von Pouchzellen an der Batteriemodul-Fertigungslinie hat Piab einen spezifischen modularen und konfigurierbaren Greifer entwickelt, der mit den langlebigen, renommierten DURAFLEX®-Saugnäpfen, einer integriertem, COAX®-basierten piCHIP Vakuumüpumpe mit der neuesten SX-Ejektorgeneration, Abblasimpuls, Rückschlagventil und Vakuumschalter ausgestattet ist. An der Batteriemodul-Prozesslinie nehmen diese Greifer die Pouchzellen aus ihren Blisterverpackungen und legen sie auf ein Förderband, von wo sie von anderen Robotern zum Einbau in die Batteriemodule aufgenommen werden. Wie alle Batterietypen gilt auch die Pouchzelle als explosive Komponente, die mit größter Sorgfalt behandelt werden muss. Um den nachfolgenden Prozessschritt des automatischen Einbaus der Pouch-Zellen in das Batteriemodul zu ermöglichen, müssen diese mit einer außerordentlichen Positionsgenauigkeit von weniger als einem Millimeter Platziertoleranz in einem Hochgeschwindigkeitsprozess gehandhabt werden. Der Piab Custom-Line Batteriegreifer tut genau dies. Aus Sicherheitsgründen ist der integrierte piCHIP-Vakuumerzeuger auf höchstmögliche Vakuumtiefen optimiert, was auch unter extremen Bedingungen einen starken und zuverlässigen Halt gewährleistet. 

Für die Handhabung der Gap Filler zwischen jeder Pouch- oder prismatischen Zelle und dem Hitzeschild in einem Batteriemodul war ein anderer Ansatz erforderlich, da diese Materialien extrem dünn und schwer einzeln aufzunehmen sind. Durch die statische Aufladung neigen sie dazu, zusammenzukleben. Dies erforderte ein spezielles Greiferdesign, bei dem die Piab-Experten auf die hauseigene Erfahrung mit Flächengreifern zurückgriffen. Durch die Entwicklung eines weiteren modularen und konfigurierbaren Spezialgreifers mit Schaumstoffoberfläche konnten die Piab-Experten eine Handhabungslösung entwickeln, die zuverlässig nur einen Bogen gleichzeitig aufnimmt. Das Vakuum wird wiederum von Piabs neuesten SX-Ejektoren erzeugt, wobei die Pumpen mit einem Abblaseventil ausgestattet sind. 

Um die Pouchzellen während ihrer Integration in das Batteriemodulgehäuse in einer aufrechten Position zu halten, hat Piab einen weiteren rechteckigen Greifer auf Schaumstoffbasis entwickelt. Der Schaumstoff verfügt über eine spezielle Vakuum-Hohlraumstruktur, um bis zu zehn Zellen aufrecht in der Kassette zu halten, bis sie mit einer Toleranz von maximal zwei Millimetern fixiert sind, was durch die größere Saugfläche des Greifers ausgeglichen wird. 

Die oft über 300 Kilogramm schweren Batterieadapter können mit ergonomischen Vakuumhebern der Piab-Tochter TAWI in die Batteriegehäuse am Boden des Autos gehoben werden.