Neuer Greifer für automatisierte Batteriezellen-Fertigung

31.01.2012

Präzise, beschädigungsfreie Handhabung von Elektroden und Separatoren ist eine wesentliche Voraussetzung für wirtschaftliche Produktion von Lithium-Ionen-Batterien.

Kosteneffiziente Produktion von Lithium-Ionen Batterien stellt die Hersteller vor gewisse Voraussetzungen: Die extrem dünnen, empfindlichen Anoden, Kathoden und Separatoren, aus denen eine Batteriezelle aufgebaut ist, müssen per Pick-&-Place hochdynamisch, reproduzierbar genau und kontaminationsfrei vereinzelt, gestapelt, gepuffert und transportiert werden. Konventionelle Greiferlösungen stoßen dabei schnell an ihre Grenzen.

Mit dem Schmalz Batteriegreifer SBG für automatisierte Batteriezellen-Fertigung gelingt die Handhabung von Elektroden und Separatoren verschiebungs- und beschädigungsfrei. Mit Zyklen von weniger als 1 Sekunde erreicht der SBG maximale Ausbringungsmengen, eine reproduzierbare Positionsgenauigkeit (< 0,3 mm) sowie eine sehr hohe Prozesssicherheit. Durch den sehr schnellen Vakuumaufbau (< 20 ms), die aktive Ablegfunktion und die hohen Querkraftaufnahme sind mit dem SBG dynamische, präzise und sichere Handling-Zyklen möglich. Die dezentrale Vakuumerzeugung unterstützt das schnelle und sichere Ansaugen. Integriert ist zudem eine Abluftführung: Die Luft für die Vakuum-Erzeugung wird abgeleitet, somit können keine Schmutzpartikel in den Prozessraum gelangen. Dadurch, dass zusätzlich ein Sensor integriert werden kann, der die Doppellagenhandhabung von Elektroden registriert, lässt sich eine hohe Anlagenverfügbarkeit erzielen. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart hat durch Kontaminationstests außerdem ein ideales Abdruckverhalten bestätigt. Das gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad der gefertigten Zellen.

Bei der Handhabung mit konventionellen Vakuumsaugern nimmt die Vermeidung von Doppelbelegungen einen großen Teil der effektiven Gesamtzykluszeit in Anspruch: Sie ist aufwändig (Scherung/Biegung der Elektrode, Abschütteln) und muss bei jedem einzelnen Stapelvorgang erfolgen. Dagegen erfolgt der Ausschluss von Doppelbelegungen beim SBG „on the fly“: Innerhalb von 10 ms signalisieren Sensor und Steuerung, ob mehrere Elektroden / Separatoren aufgenommen wurden. Da sich der Greifer dann immer noch innerhalb des Stapelkorbes befindet, kann er die Folie erneut an der Vereinzelungsdüse vorbeiführen und den Prozess unterbrechungsfrei fortsetzen. Auf diese Weise lässt sich die effektive Zykluszeit bei einer Doppelbelegungsquote von 10 % um bis zu 30 % reduzieren. Da der Doppellagen-Sensor auf die unterschiedliche Material-Beschaffenheit der Anoden, Kathoden und Separatoren teachbar ist, lässt sich die Kontrolle dementsprechend prozesssicher durchführen.
Optional kann der SBG mit schnell schaltenden Elektromagnetventilen ausgestattet sein, um beim schnellen Pick-&-Place die Laufzeitverzögerung der Druckluft in den Zuleitungsschläuchen zu eliminieren, die ein Vielfaches der eigentlichen Ansaugzeit beträgt. Die Saugflächen des SBG sind aus dem kontaminationsfreien Spezialwerkstoff PEEK gefertigt und können durch gelenkige Aufnahmen flexibel ausgerichtet werden, um sich optimal an das Werkstück anzupassen. Flexible Flansche machen die problemlose Anbindung des SBG an alle gängigen Industrieroboter möglich.

Systemaufbau Schmalz Batteriegreifer SBG

(1) Roboteranbindung
(2) Kontrollierte Abluftführung
(3) Optionale Aufnahme für schnell schaltende Druckluftventile
(4) Integrierte Vakuum-Erzeugung
(5) Saugfläche
(6) Sensoraufnahme z.B. für Doppelbelegungsprüfung
(7) Optionale Aufnahme für Vakuumschalter
(8) Gelenkige Aufnahme für flexible Greiferausrichtung

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