Das Zusammenbauen von Batterien ist alles andere als banal, vielmehr unheimlich wichtig, um große Reichweiten zu ermöglichen und Sicherheit im Falle eines Crashs zu garantieren. - Bild: Bild: Patrick P. Palej - stock.adobe.com
Batteriezellen zu Stapeln verkleben: „Um die benötigte Energie bereitzustellen, müssen die prismatischen Zellen fest miteinander verbunden werden“, erläuterte Atlas Copco Manager Olaf Leonhardt. „Dazu ist eine präzise Klebeverbindung ohne Lufteinschlüsse notwendig.“ Das Fügen der Zellstapel, der Stacks, sei eine große Herausforderung, weil die Zellen temperaturempfindlich seien. - Bild: Atlas Copco
Stanznieten verstärken die Zellstapel seitlich: Um die Batterie im Crashfall noch besser zu schützen, können die Zellstapel über seitlich angebrachte Streben verstärkt werden. Dafür hat Atlas Copco eine weitere Fügetechnik im Programm, und zwar das Halbhohl-Stanznieten aus der Henrob-Produktlinie. Dieses kalte, rein mechanische Fügeverfahren bringt keine Hitze in die Zellen ein und verursacht auch keine schädlichen Dämpfe oder Schweißspritzer. - Bild: Atlas Copco
Wärmeleitpaste erhöht Lebensdauer: Eine Besonderheit in der Batteriefertigung ist das notwendige Temperaturmanagement. Batteriezellen müssen in einem definierten Temperaturbereich betrieben werden, um die Leistung zu erhalten beziehungsweise Überhitzung zu vermeiden. Dafür wird eine Wärmeleitpaste, die typischerweise mit Füllstoffen versetzt ist, mit hoher Präzision und unter Vermeidung von Lufteinschlüssen eingebracht. - Bild: Atlas Copco
Vierfach-Schraubsystem montiert Module synchron in der Batteriewanne: „Für einen sicheren Betrieb der Batterie ist neben der Temperatur auch die Wärmeleitung von maßgeblicher Bedeutung“, erläuterte Olaf Leonhardt. „Deshalb müssen wir einen optimalen Kontakt zwischen den Batteriemodulen und der Wärmeleitpaste herstellen.“ Zur Befestigung der Module in der Batteriewanne wird eine elektronisch gesteuerte Schraubtechnik von Atlas Copco Tools verwendet. Vier Schraubspindeln arbeiten synchron im Endanzug. - Bild: Atlas Copco
Automatische Applikation einer Flüssigdichtung: Sobald alle Module fest verankert sind, kann das Gehäuse verschlossen werden. „Wir müssen dabei aber verhindern, dass Feuchtigkeit eindringt“, betonte Leonhardt. „Sonst verschlechtert sich die Leistung der Batterie dramatisch und es kann zu Schäden und Korrosion kommen.Hier können wir auf unsere langjährige Erfahrung in der Klebe- und Dosiertechnologie zurückgreifen“, sagte Leonhardt. Die Produktlinie SCA biete automatisierte Applikationstechniken für den Auftrag von Dichtmitteln, die zum Abdichten der Batterie besonders geeignet seien. - Bild: Atlas Copco
Fließlochschrauben für einseitige Zugänglichkeit bei Deckelmontage: Im letzten Schritt wird die Abdeckung auf das Gehäuse gesetzt. „Da das Batteriegehäuse hierfür nur von außen zugänglich ist, muss das Fügeverfahren darauf abgestimmt sein“, erläutert Fügetechnik-Experte Leonhardt. „Außerdem sollte auch diese Verbindung lösbar sein, um die Wartung und Demontage zu vereinfachen.“ Erfüllt werden diese Anforderungen von der Fließlochschraubtechnik aus dem Hause Klingel, einem langjährigen Atlas-Copco-Partner. - Bild: Atlas Copco
114 Millionen. In Worten: Einhundertvierzehnmillionen! Wenn die Batterieentwicklung positiv verläuft und der Ladestationsausbau weiter so schnell fortschreitet wie bisher, kann der E-Auto-Bestand weltweit 2030 auf eben diese Zahl anwachsen. Das ist eines der zentralen Ergebnisse einer Studie des Center of Automotive Management (CAM) im Auftrag des Industrieverbands Giesserei-Chemie e. V. (IVG). Die Zahl verdeutlicht: Trotz mancher Unkenrufe, die Elektromobilität befindet sich auf dem Vormarsch.
Darauf stellen sich die Autobauer ein. Beispielsweise lässt Toyota den Dieselmotor nun links liegen. Der japanische Autobauer wird dessen Entwicklung nicht weiter vorantreiben.
Toyota widmet sich hingegen verstärkt dem Elektroauto. Beispiel gefällig? Der Japan-Konzern hat jetzt den weltweit ersten hitzebeständigen Magneten entwickelt, der mit weniger Seltenen Erden auskommt. Die Metalle bilden die Basis für Elektromotoren und Generatoren von Hybrid- und reinen Elektroautos.
Neben dem Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen könnte der neue Magnettyp auch in Motoren aus anderen Bereichen wie der Robotik zum Einsatz kommen. Toyota will seine Leistung sukzessive weiter verbessern, die Nutzung für zusätzliche Bereiche ausloten und gleichzeitig eine zügige Serieneinführung sicherstellen.
Die Magneten könnten bereits in der ersten Hälfte der 2020er Jahre in Motoren für elektrische Lenkunterstützung genutzt werden. Innerhalb von zehn Jahren könnte ihr Einsatz auf Hochleistungsmotoren elektrifizierter Fahrzeuge ausgeweitet werden.
E-Mobility bietet Wachstumschancen
Klar, nicht nur Autobau-Giganten wie Toyota widmen sich der Elektromobilität. Auch Industriekonzerne sehen hier Wachstumschancen. Ein Beispiel dafür ist die Harting Gruppe.
Das Unternehmen gilt als einer der führenden Anbieter von industrieller Verbindungstechnik für die drei Lebensadern Data, Signal und Power. Darüber hinaus entwickelt und produziert eine Tochtergesellschaft Fahrzeugladekabel- und Ladeequipment für Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeuge.
Gerade die Schnellladetechnik von Harting soll für einen kräftigen Schub bei der Elektromobilität sorgen, da fast alle neuen E-Auto-Konzepte der großen OEM neben der konventionellen Ladetechnik auf leistungsstarkes Schnellladen setzen. Ende 2016 wurde der Konzern mit einer spezifischen E-Mobility-Lösung Direktlieferant von VW und ist inzwischen auch Tier-1-Supplier für BMW.
Neben einer schnellen Ladetechnik sind vor allem leistungsstarke Batterien gefragt. Atlas Copco sieht diesen Trend als große Chance für die Fügetechnik. „Die Automobilproduktion verändert sich gerade radikal, und wir sind mittendrin“, erklärte Olaf Leonhardt, Geschäftsführer der Atlas Copco IAS GmbH. Diese Veränderungen seien einer der Anlässe gewesen, den Standort Bretten auszubauen. Vor allem in das neue Innovationszentrum hat Atlas Copco investiert.
Fügetechnik in der Batterieherstellung
Was dort geschieht, führte Leonhardt am Beispiel des weltweiten Trends zur Elektromobilität näher aus: „Der teilweise oder ausschließlich elektrische Antrieb von Fahrzeugen verändert die Konstruktionen schneller als jede andere Innovation der vergangenen Jahrzehnte.“
In den Antriebssträngen würden zahlreiche unterschiedliche Batterietypen eingesetzt. „Sie alle müssen bestimmte Aufgaben erfüllen und vor allem in puncto Langlebigkeit, Leistung und Sicherheit immer weiter verbessert werden“, sagte Leonhardt.
Denn die Batterie werde bei Elektroautos zu einem strukturellen Bestandteil, der bestimmte Funktionen übernehmen und bei einem Unfall Sicherheit bieten müsse. Insbesondere seien intelligente Fügetechnologien gefordert, die einen produktiven Montageprozess mit einem leistungsfähigen Endprodukt ermöglichen. „Wir stellen uns diesen Herausforderungen mit innovativen und effizienten Lösungen“, versicherte der Atlas-Copco-Manager.
Um dies zu unterstreichen, hatte Atlas Copco in seinem neuen Innovationszentrum in Bretten verschiedene Stationen aufgebaut, an denen beispielhaft die Experten einige Montageprozesse einer Batterie mit verschiedenen Fügetechniken live vorführten.
„Alle diese Fügetechniken können wir unseren Kunden inzwischen aus einer Hand anbieten“, betonte Olaf Leonhardt. Zu den Montageschritten zählten unter anderem die Verklebung der einzelnen Batteriezellen – den Herzstücken des Batteriepacks – zu Zellstapeln, dann die Fertigung der Zellmodule unter Einsatz des Stanznietens, das Auftragen einer Wärmeleitpaste mit speziell konstruierter Dosiertechnik, die Modulmontage mit einem Vierfach-Schraubsystem, die Abdichtung der Gehäuseabdeckung sowie die Montage des Deckels mit Fließlochschrauben.
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