Sie sind leise, tanken zunehmend Strom aus erneuerbaren Energiequellen, verursachen weniger CO2-Emissionen und ziehen niedrigere Kosten für Reparatur und Wartung nach sich: Elektrofahrzeugen gehört die Zukunft. Schätzungen zufolge fahren derzeit mehr als 27 Millionen Plug-in-Hybride und E-Autos durch die Welt. Und wenn zwischen 2030 und 2035 zahlreiche große Staaten die Zulassung von Verbrennern ausbremsen, wird diese Zahl erheblich steigen. Batterien für Elektrofahrzeuge zu produzieren, ist eine gefährliche Angelegenheit. Der Grund dafür: die hohe Spannung beim elektrischen Kontaktieren von Batteriemodulen. Gemeinsam mit Kostal Kontakt Systeme und Kuka hat Liebherr-Verzahntechnik nun eine Technologie mit zwei Robotern der „KR Cybertech Nano"-Serie entwickelt, mit der sich Hochspannungsbatteriemodule sicher und effizient verbinden lassen.
Kuka hat früh das Potenzial der E-Mobilität erkannt. Seit 2014 optimiert der Automatisierungsspezialist sein Produktportfolio auf die speziellen Anforderungen, die bei der Herstellung von Elektronikkomponenten für die Automobilindustrie erfüllt werden müssen. Davon profitiert nun auch Liebherr-Verzahntechnik. Dort entstand mithilfe von Kuka Robotern eine Applikation, die Herstellern von Elektrofahrzeugen und deren Zulieferern mehr Sicherheit und höhere Produktivität bieten kann.
Die Hochvoltbatterie enthält eine große Menge Energie und ist entscheidend für die Reichweite und Ladezeit des Fahrzeugs. Sie besteht aus mehreren Modulen, die elektrisch miteinander kontaktiert und zu einem Batteriepack verbunden werden. Nach der elektrischen Kontaktierung erreichen diese Batteriesysteme Ausgangsspannungen zwischen 400 und 800 Volt Gleichspannung. Die dafür häufig verwendeten Verbindungen mit Stromschienen, sogenannte Busbars, stellen jedoch aufgrund der freiliegenden Kontaktflächen ein hohes Sicherheitsrisiko für Mitarbeitende dar. Eine Alternative bietet der Einsatz von steckbaren Modulverbindern. Liebherr hat gemeinsam mit Kostal Kontakt Systeme und mithilfe von Kuka Robotern einen Prozess zur automatisierten Montage für steckbare Modulverbinder mit flexiblen Leitungen entwickelt. Steckbare, isolierte und flexible Modulverbinder von Kostal verhindern den unbeabsichtigten Kontakt mit stromführenden Teilen und können trotz ihrer hohen Elastizität automatisiert gesteckt werden, in der benötigten Flexibilität und geforderten Taktzeit.
Für den Steckvorgang selbst sind pro Zelle zwei „KR Cybertech Nano ARC HW“-Roboter zuständig. Diese Hohlwellenroboter kommen sonst vor allem beim Schutzgasschweißen zum Einsatz. Ihre kompakte Bauweise und große Reichweite sowie die Möglichkeit der Kabelführung durch die Handachse machen sie auch zur passenden Wahl für diese Applikation. Ergänzend hat das Liebherr-Team das Softwarepaket „Kuka.RoboTeam“ ausgewählt. Es ermöglicht die synchronisierte Kooperation zweier oder mehrerer Roboter. Dabei werden Programm und Bewegung in Echtzeit zueinander abgeglichen, damit selbst komplexe Prozesse wie das Fügen biegeschlaffer Teile gelingen.
Die meisten Prozessschritte der Batterieproduktion laufen bereits automatisiert ab, um den Anforderungen der Automobilindustrie an Taktzeiten, Stückzahlen, Qualität und Produktionskosten gerecht zu werden. Der Fachkräftemangel treibt darüber hinaus den starken Trend zur Automatisierung an. Es finden sich immer weniger Fachkräfte. Kostal Kontakt Systeme hat hier eine Marktlücke erkannt. Sie haben einen sowohl für das händische Stecken als auch für die Automatisierung geeigneten Steckverbinder entwickelt. Martin Wolter, Gruppenleiter Entwicklung bei Kostal Kontakt Systeme, berichtet: „Sicherheit spielt hier eine sehr große Rolle . Da es sich um Hochvolt-Kontakte handelt, müssen diese berührgeschützt sein. Das ist vergleichbar mit einer Steckdose, auch hier sind die elektrischen Kontakte vor versehentlicher Berührung mit den Fingern geschützt. Der Unterschied besteht darin, dass die Steckverbindung im Fahrzeug einer Vibrationsbelastung und sowohl hohen als auch niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist. Unser System ist sehr robust und überträgt während der gesamten Lebensdauer unter wechselnden Belastungen zuverlässig Strom.“
Anschließend suchte Kostal einen Automatisierungsspezialisten, um das neue Produkt serientauglich zu machen. Bei Liebherr-Verzahntechnik wurde Kostal fündig. Viktor Bayrhof, Produktmanager für Automationssysteme bei Liebherr berichtet: „Es war eine Win-Win-Situation. Wir als relativ neuer Player im Geschäftsfeld Batteriemontage haben einen Unique Selling Point gefunden und die Firma Kostal jemanden, der ihr Produkt automatisiert.“ Liebherr kooperiert seit mehr als zehn Jahren eng mit Kuka. Gemeinsam haben die drei Unternehmen bereits nach eineinhalb Jahren die neu entwickelte Roboterzelle auf der Battery Show in Stuttgart ausgestellt.
Dort haben sie viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Denn die steckbaren Modulverbinder mit flexiblen Leitungen bieten im Gegensatz zu Schraubverbindungen mit Busbars noch weitere Vorteile: Sie lassen sich einfacher montieren, da lediglich der Stecker und das Gegenstück miteinander verbunden werden müssen.
