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Robotik als Wegbereiter für nachhaltige Mobilität

: ABB


ABB investierte mit einer neuen Produktionsstätte in eine Schlüsseltechnologie für die Zukunft der nachhaltigen Mobilität. Im schweizerischen Baden stellt das Unternehmen Energiespeicher für Bahnen, Elektrobusse sowie Elektro-Lkw her. Kernelement der Fertigung ist eine hochkomplexe Montage- und Laserschweißanlage, in der zwei ABB-Roboter den hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen Rechnung tragen. Dank digitalem Zwilling mit RobotStudio gelang die Inbetriebnahme schnell und reibungslos.

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Kernelement der Energiespeicher-Fertigung bei ABB in Baden (CH) ist eine hochkomplexe Montage- und Laserschweißanlage, in der zwei ABB-Roboter den hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen Rechnung tragen.

Kernelement der Energiespeicher-Fertigung bei ABB in Baden (CH) ist eine hochkomplexe...

Energiespeichersysteme spielen eine wichtige Rolle bei der Elektrifizierung und Dekarbonisierung des Straßen- und Schienenverkehrs: Leistungsfähige Energiespeicher sind etwa Grundvoraussetzung für den Betrieb von Elektrobussen und -Lkw und ermöglichen dort unter anderem, die durch Rekuperation gewonnene Bremsenergie zu speichern. Mit der Integration von Energiespeichersystemen lassen sich auch Dieseltriebzüge zu Diesel-Hybridfahrzeugen umrüsten, was wiederum eine Reduzierung von CO2-Emissionen um bis zu 30 Prozent mit sich bringen kann. Somit eröffnet diese Technologie Verkehrsbetrieben viele Möglichkeiten, ihre Fahrzeugflotten für eine nachhaltigere Mobilität nach- bzw. umzurüsten.

Kombinierte Montage- und Laserschweißanlage

Im Umgang mit den unter Spannung stehenden und empfindlichen Batteriezellen ist zum einen eine hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit, zum anderen höchste Sicherheit für den Anlagenbediener erforderlich. Um diese Anforderungen zu meistern, setzt ABB auf Technologie und Know-how aus den eigenen Reihen. Länderübergreifend haben Experten eine komplexe Montage- und Schweißanlage mit zwei ABB-Robotern – IRB 6620 und IRB 4600 – als Hauptakteure konzipiert: Während der eine Batteriezellen in Modulgehäusen platziert, verbindet der andere sie mittels eines hochpräzisen Laserschweißverfahrens.

Schon das Bestücken des Modulgehäuses erfordert filigranes Geschick und genaueste Kraftregelung. Darüber hinaus muss der Roboter in der Montagezelle gleich zu Beginn des Prozesses unterschiedliche Aufgaben in schneller Taktung erledigen. Sobald der Bediener die in Styroporbehältern eingebetteten Zellen über einen Tray in die umhauste Anlage eingelegt hat,
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ABB hat eine komplexe Anlage mit zwei ABB-Robotern – IRB 6620 und IRB 4600 – als Hauptakteure konzipiert: Während der eine Batteriezellen in Modulgehäusen platziert, verbindet der andere sie mittels eines hochpräzisen Laserschweißverfahrens.

ABB hat eine komplexe Anlage mit zwei ABB-Robotern – IRB 6620 und IRB 4600...

nimmt der 6-Achs-Roboter IRB 4600 seine Arbeit auf. Zunächst scannt er via Kamera den QR-Code jeder einzelnen Zelle und führt anschließend eine Wareneingangsprüfung in Form einer Spannungsmessung durch. Passt der Messwert nicht, sortiert er die Batteriezelle automatisch aus. Zudem misst der Roboter die richtige Polarität und kann, falls notwendig, die Zelle noch drehen.

Höchste Präzision gefragt

Mit einem eigens für diese Aufgaben konstruierten, taktilen Greifer nimmt der Roboter anschließend die Zellen auf und setzt sie in das passende Modulgehäuse ein. Hier ist Präzision gefragt, da die Lithium-Ionen-Zellen unter Spannung stehen, nur wenige Millimeter Abstand haben und sich nicht berühren dürfen. Dies gelingt dank einer Greifer-Konstruktion mit Stempelmechanismus.

Die Anlage ist so konzipiert, dass sie wenig manuelles Eingreifen erfordert und eine sichere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter ermöglicht. Scanner erkennen, wann der Bediener die Batteriezellen und Modulgehäuse in die Trays eingelegt hat. Dies gilt auch vor dem Verschweißen der Zellen. Ist ein Modul fertig bestückt, kann der Bediener die Schublade aufklappen, die entsprechenden Verbinder anbringen und die Schublade anschließend wieder schließen. Erst dann transportiert der Roboter das Modul in die Laserschweißanlage, wo die Zellen mittels Remote-Laser-Welding dauerhaft verbunden werden. Auf diese Weise entsteht ein langlebiges
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Die Anlage ist so konzipiert, dass sie wenig manuelles Eingreifen erfordert und eine sichere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter ermöglicht.

Die Anlage ist so konzipiert, dass sie wenig manuelles Eingreifen erfordert...

Batteriemodul.

Bis zu fünf Module kann die Anlage pro Stunde herstellen. Die Zeitersparnis im Vergleich zum manuellen Prozess ist dabei enorm: Alleine das Schweißen des Moduls würde per Hand mindestens eine Stunde in Anspruch nehmen – ganz zu schweigen von der unübertroffenen Genauigkeit der Schweißnaht, die das robotergestützte Verfahren bietet. Hinzu kommt: Spannungsmessung und Verpolungsschutz sind zu 100 Prozent sichergestellt.

Reibungslose Inbetriebnahme dank Simulation

Um mögliche Fehler schon zum Anlauf der Produktion auszuschließen, wurde die Anlage vorab virtuell in Betrieb genommen. ABB greift mit der Simulations- und Offline-Programmiersoftware RobotStudio dabei erneut auf eigenes Know-how zurück. RobotStudio basiert auf dem Virtual Controller, einer exakten Kopie der Originalsoftware, die den Roboter steuert. Der digitale Zwilling ermöglicht somit realistische Simulationen, denn er nutzt jene Daten und Konfigurationen, die auch in der realen Produktion zum Einsatz kommen. Für RobotStudio benötigen Anwender laut ABB keine umfangreichen Programmierkenntnisse.

Besonders innovativ: Über eine Schnittstelle ist RobotStudio auch mit der virtuellen SPS verbunden. Auf diese Weise konnten beide Systeme konsolidiert in eine virtuelle Testumgebung gebracht werden, potenzielle Fehler gesamtheitlich analysiert und frühzeitig behoben werden. Dies wiederum führte zu einer schnelleren und reibungslosen Inbetriebnahme. Ein weiterer Vorteil ist die Art und Weise, wie die hochkomplexe Anlage mit der übergeordneten
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Mit einem eigens für diese Aufgaben konstruierten, taktilen Greifer nimmt der Roboter die Zellen auf und setzt sie in das passende Modulgehäuse ein.

Mit einem eigens für diese Aufgaben konstruierten, taktilen Greifer nimmt der...

Steuerung kommuniziert. Hierfür kommt der offene Kommunikationsstandard OPC-UA zum Einsatz – eine wegweisende Technologie für die Fabrik der Zukunft, über die sich enorme Datenmengen schnell und vor allem sicher übertragen lassen.

Als Manufacturing Execution System (MES) kommt ABB Ability™ Manufacturing Operations Management (MOM) zum Einsatz. Die Software unterstützt hier den Anwender bei der Anlagenverwaltung, Datenanalyse und beim Reporting und sorgt dafür, dass die während des Produktionsprozesses erfassten Daten zuverlässig und sicher mit hoher Kapazität gespeichert und übertragen werden.

Ausgeklügeltes Brandschutzkonzept

Der Umgang mit den empfindlichen Lithium-Ionen-Zellen, die eine hohe Energiedichte aufweisen, ist kein leichtes Unterfangen. Sie können bei falscher Handhabung kaputtgehen oder – im schlimmsten Fall – Feuer fangen. Neben präzisen und zuverlässigen Prozessen stand deshalb auch ein intelligentes Sicherheits- und Brandschutzkonzept im Fokus der Anlagenplanung. Denn im Falle eines Brandes reichen herkömmliche Löschmaßnahmen nicht aus. So verfügt die Anlage über mehrere Löschgeneratoren. Diese enthalten ein spezielles Aerosol-Gemisch, womit sich ein Brand innerhalb weniger Sekunden unterdrücken lässt.

Übrigens: Die fertig bestückten Batteriemodule werden in der neuen ABB-Produktionsstätte anschließend zu Energiespeichersystemen zusammengefasst und anwendungsspezifisch konfiguriert. Bis zu 10.000 jährlich will ABB dort fertigen und sein Produktangebot für die nachhaltige
Mobilität weiter ausbauen. Der automatisierte Prozess bietet hierfür die notwendige Flexibilität, Skalierbarkeit und Sicherheit. Und auch für die vor- und nachgelagerten Produktionsschritte gibt es Pläne, den Automatisierungsgrad weiter zu erhöhen.

Kernelement der Energiespeicher-Fertigung bei ABB in Baden (CH) ist eine hochkomplexe Montage- und Laserschweißanlage, in der zwei ABB-Roboter den hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen Rechnung tragen.
ABB hat eine komplexe Anlage mit zwei ABB-Robotern – IRB 6620 und IRB 4600 – als Hauptakteure konzipiert: Während der eine Batteriezellen in Modulgehäusen platziert, verbindet der andere sie mittels eines hochpräzisen Laserschweißverfahrens.
Die Anlage ist so konzipiert, dass sie wenig manuelles Eingreifen erfordert und eine sichere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter ermöglicht.
Mit einem eigens für diese Aufgaben konstruierten, taktilen Greifer nimmt der Roboter die Zellen auf und setzt sie in das passende Modulgehäuse ein.
Bis zu 10.000 Energiespeichersysteme will ABB jährlich in der neuen Produktionsstätte fertigen und sein Produktangebot für die nachhaltige Mobilität weiter ausbauen.



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