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Der Betriebsleiter 5/2018

Der Betriebsleiter 5/2018

MONTAGE- UND

MONTAGE- UND HANDHABUNGSTECHNIK Gebündelte Fügetechnikkompetenz Atlas Copco stellt neues Innovationszentrum in Bretten vor Anlässlich der Einweihung des neuen Innovationszentrums in Bretten stellte Atlas Copco zahlreiche moderne Fügetechniken am Beispiel der Montage einer Elektroauto-Antriebsbatterie vor. Dazu zählen das Kleben und Dosieren, die Stanzniet- und Schraubtechnik sowie das Fließlochschrauben. All diese Lösungen bietet Atlas Copco inzwischen aus einer Hand an. D ie Automobilproduktion verändert sich gerade radikal, und wir sind mittendrin“, erklärt 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. Was dort geschieht, führt 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“, so 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 in- novativen und effizienten Lösungen“, versichert der Atlas-Copco-Manager. Um dies zu unterstreichen, hatte Atlas Copco in seinem neuen Innovationszentrum in Bretten verschiedene Stationen aufgebaut, an denen beispielhaft einige Montageprozesse einer Batterie mit verschiedenen Fügetechniken live vorgeführt wurden. „Alle diese Fügetechniken können wir unseren Kunden inzwischen aus einer Hand anbieten“, betont Olaf Leonhardt. Zu den Montageschritten zählen u.a. die Verklebung der einzelnen Batteriezellen 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. Batteriezellen zu Stapeln verkleben „Um die benötigte Energie bereitzustellen, müssen die prismatischen Zellen fest miteinander verbunden werden“, erläutert Leonhardt. „Dazu ist eine präzise Klebeverbindung ohne Lufteinschlüsse notwendig.“ Das Fügen der Zellstapel, der sog. Stacks, sei eine große Herausforderung, weil die Zellen temperaturempfindlich seien. Über den Fügeprozess dürfe daher keine Hitze eingebracht werden. „Trotzdem will man die Zellen produktiv verarbeiten können“, unterstreicht der Experte weiter. „Und zwar schnell und sicher, damit sie während des Montageprozesses oder durch Vibrationen im Fahrzeug nicht verrutschen können.“ Atlas Copco stelle hierfür Dosierlösungen aus der SCA-Produktlinie bereit, die einen 2-Komponenten-Klebstoff sehr schnell und prozesssicher verarbeiten können. Denn für das Aushärten wird keine äußere Hitze benötigt, und die Fügestelle erfüllt höchste Anforderungen an Steifigkeit und Crash- Verhalten. Durch den Einsatz leicht elastischer Klebstoffe werden Vibrationen während des Betriebs aufgenommen, was die Lebensdauer der Batterie erhöht. Stanznieten verstärken die Zellstapel seitlich Um die Batterie im Crashfall noch besser zu schützen, können die Zellstapel über seit-

MONTAGE- UND HANDHABUNGSTECHNIK lich 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. Der Stanzniet wird mit hoher Kraft und bei kurzer Taktzeit durch die zu fügenden Materialschichten getrieben. Wärmeleitpaste erhöht Lebensdauer Für die Fertigung von Elektrofahrzeugen sind intelligente Fügetechnologien gefordert, die einen produktiven Montageprozess für ein leistungsfähiges Endprodukt ermöglichen. Wir stellen uns diesen Herausforderungen mit innovativen und effizienten Lösungen, die wir allesamt aus einer Hand anbieten. Eine Besonderheit in der Batteriefertigung ist das notwendige Temperaturmanagement. Batteriezellen müssen in einem definierten Temperaturbereich betrieben werden, um die Leistung zu erhalten und Überhitzung zu vermeiden. Dafür wird eine Wärmeleitpaste, die typischerweise mit Füllstoffen versetzt ist, mit hoher Präzision und unter Vermeidung von Lufteinschlüssen eingebracht. Die aufgetragene Menge, die Position sowie die Durchgängigkeit der Kleberaupe werden kontinuierlich optisch überwacht, um die Wärmeleiteigenschaft und damit auch die Langlebigkeit der Batterie sicherzustellen. Applikationsfehler werden erkannt und können umgehend korrigiert werden. Das hält die Zykluszeit kurz und senkt die Kosten für Nacharbeit Olaf Leonhardt, Geschäftsführer, Atlas Copco IAS GmbH, Bretten und Qualitätssicherung. Weil die abrasive Leitpaste zu höherem Verschleiß der eingesetzten Anlagenkomponenten führen kann, hat Atlas Copco innerhalb seines SCA-Produktprogramms robust ausgelegte Pumpen- und Dosiertechnik entwickelt. Schraubsystem montiert Module in der Batteriewanne „Für einen sicheren Betrieb der Batterie ist neben der Temperatur auch die Wärmeleitung von maßgeblicher Bedeutung“, betont Olaf Leonhardt. „Deshalb müssen wir einen optimalen Kontakt zwischen Batteriemodulen und Wärmeleitpaste herstellen.“ Zur Befestigung der Module in der Batteriewanne wurde im Live-Beispiel elektronisch gesteuerte Schraubtechnik von Atlas Copco Tools verwendet. Vier Schraubspindeln aus der QST-Baureihe arbeiten synchron im Endanzug, was die Taktzeit verkürzt und jedes Modul gleichmäßig in der Wanne verankert. Die programmierte Schraubstrategie berücksichtigt das Verhalten der flüssigen Leitpaste an der Fügestelle und stellt den optimalen Kontakt her. Durch den Einsatz „klassischer“ Schraubtechnik lässt sich diese Aluminium-Stahl-Verbindung zudem für den Wartungsfall wieder lösen. Automatische Applikation einer Flüssigdichtung Sobald alle Module fest verankert sind, kann das Gehäuse verschlossen werden. „Wir müssen dabei aber verhindern, dass Feuchtigkeit eindringt“, so Leonhardt. „Sonst verschlechtert sich die Leistung der Strategischer Partner für innovative Fügeverfahren Industrielle Montagelösungen (Industrial Assembly Solutions, IAS) ist eine Division in Atlas Copcos Konzernbereich Industrietechnik. Sie bietet unterschiedliche Fügetechnologien aus einer Hand an. Atlas Copco ist damit strategischer Partner für innovative Fügeverfahren in der Automobilindustrie sowie der allgemeinen Industrie weltweit. Die Lösungen im Bereich Kleben, Dosieren und Stanznieten werden unter den Produktnamen SCA und Henrob vertrieben. In Bretten ist eines von zehn Innovationszentren weltweit lokalisiert. In die Erweiterungsbauten hat der Mutterkonzern Atlas Copco insgesamt 7 Mio. Euro investiert; es wurden mehrere automatisierte Hybridfüge-Stationen eingerichtet. Damit kann Atlas Copco in Bretten für seine Kunden – die insbesondere aus der Automobilindustrie kommen – jährlich bis zu 500 Testreihen mit neuen Klebstoffen oder Bauteilen durchführen. Industrielle Anwender sind hierdurch zum Beispiel in der Lage, neue Ideen in einem frühen Stadium auf Machbarkeit zu überprüfen und mit Atlas Copco in konkrete Applikationen zu übersetzen. Batterie dramatisch und es kann zu Schäden und Korrosion kommen.“ Außerdem produziere die Batterie gesundheitsschädliche Gase. Der Innenraum müsse also absolut wirksam nach innen und außen abgedichtet werden. „Hier können wir auf unsere langjährige Erfahrung in der Klebe- und Dosiertechnologie zurückgreifen“, sagt Leonhardt. Die Produktlinie SCA biete automatisierte Applikationstechniken für den Auftrag von Dichtmitteln, die zum Abdichten der Batterie besonders geeignet seien. „Dabei tragen wir eine niederviskose Dichtnaht sehr präzise, schnell und unterbrechungsfrei auf. Das kann entweder auf der Abdeckung oder auf dem Gehäuse geschehen.“ Weil die Batterie keinem Wärmeprozess ausgesetzt werden darf, eignen sich an dieser Stelle Materialien wie 1K-Heißbutyl, 2K-Polyurethan oder 2K-Silikon. So muss die Dichtung nicht im Ofen aushärten. Fließlochschrauben für die 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 der Fügetechnik-Experte. „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, dessen Fügetechnik-Sparte Atlas Copco im April dieses Jahres übernommen hat. Das Verfahren bietet eine zuverlässige mechanische Verbindung, ist reversibel und benötigt nur einseitigen Zugang. Werkzeuge von Klingel versetzen die Schrauben an der Werkstückoberfläche bei hohem Druck in eine schnelle Rotation. Dadurch erwärmt sich der Werkstoff an dieser Stelle und wird verformbar. Die Schraube – verwendet wird hier ein Flowform-Element von Arnold – wird durch die Werkstoffe Aluminium und Stahl gedrückt und schneidet abschließend ein Gewinde ein. Die metallischen Bauteile werden so leitend verbunden und formen einen Faraday’schen Käfig, der elektromagnetische Interferenzen vermeidet. www.atlascopco.de www.sca-solutions.com Im Fokus Effizienz Sicherheit Nachhaltigkeit Der Betriebsleiter 5/2018 15

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