Hohes Potenzial für Deutschland und Europa

Wie aktiv sind Sie als Roboteranbieter in diesem Markt?

Dr. Joachim Döhner, Kuka: Der Batteriemarkt ist groß und vor allem sehr dynamisch. Daher gibt es zahlreiche Anwendungen, in denen unsere Automatisierungslösungen zum Zug kommen – vor allem bei der Assemblierung, also dem Zusammenbau, von Batterien. Wir arbeiten an standardisierten Fertigungs- und Montagelösungen für die Batteriepack- und Batteriemodulproduktion. Darüber hinaus liefert Kuka Fertigungs- und Montagelinien für Brennstoffzellen oder deren Komponenten. Von der einzelnen Batteriezelle über Batteriemodule bis hin zum Batteriepack setzen wir in unseren Anlagen Roboter ein, nutzen aber auch alternative Lösungen dort, wo es technisch sinnvoll und vorteilhaft ist.

Ich schätze das Potenzial für Deutschland und Europa als sehr hoch ein, der Trend geht dahin, Produktionsaufgaben näher an den Abnehmer zu holen.

Joachim Döhner, Kuka

Jörg Rommelfanger, ABB: Die Batterie ist das zentrale Element der Elektromobilität – mit einem Wertschöpfungsanteil von bis zu einem Drittel am gesamten E-Fahrzeug. Robotik spielt eine Schlüsselrolle dabei, Batterien kosteneffizient zu produzieren und dabei Sicherheit, Qualität sowie Rückverfolgbarkeit sicherzustellen. Unser Konzept für die flexible Produktion sieht Fertigungszellen vor, die von unseren autonomen, mobilen Robotern bedient werden. Das komplettieren wir mit einer neuen Serie an Großrobotern sowie diversen Funktionspaketen für Anwendungen, wie Kleben, Lackieren und Schweißen. Die zellenbasierte Produktionsarchitektur ermöglicht es den Herstellern, Roboterzellen schnell zu validieren und mit einheitlichen Qualitäts- und Sicherheitsstandards weltweit auszurollen. Gleichzeitig erhalten Hersteller die Flexibilität, ihre Kapazität in Echtzeit anzupassen.

Peter Pühringer, Stäubli: Die Batteriefertigung und auch die Herstellung von Brennstoffzellen sehen wir als dynamische Zukunftsmärkte mit großem Wachstumspotenzial. Unsere Roboter eignen sich durch ihre geschlossene Bauweise und ihr Reinraumdesign für alle möglichen Anwendungen in der Batterie- und Brennstoffzellenfertigung. Eben die Eigenschaften, wie Präzision, Dynamik und Hygiene, die Stäubli-Roboter für sensible Einsätze in der Halbleiter-, Pharma- und Lebensmittelindustrie qualifizieren, spielen auch bei bestimmten Batterieapplikationen eine entscheidende Rolle.

Wir können mit unseren Robotern alle Prozessschritte in der Batterie- und Brennstoffzellenfertigung abbilden.

Peter Pühringer, Stäubli

Auf welche roboterbasierten Prozesse sind Sie bei der Fertigung von Batterien spezialisiert?

Rommelfanger, ABB: Zu den Robotik-Schlüsselprozessen gehören Cell2Pack sowie Module2Pack, was beides im Grunde genommen die Batteriepackmontage umfasst. Cell2Pack beschreibt die direkte Integration der Batteriezelle in das Batteriepack, während bei Module2Pack die aus Batteriezellen bestehenden Module in ein Batteriepack integriert werden. Wir sehen jedoch zunehmend, dass sich eine höhere Produktivität und niedrigere Kosten erreichen lassen, wenn die Batteriezellen direkt zu Packs montiert werden. Hinzu kommt die robotergestützte Fertigung der so genannten Battery Trays, also den Bau der Schale, einschließlich Bestücken und Verschließen.

Pühringer, Stäubli: Wir können mit unseren Vier- und Sechsachsrobotern alle Prozessschritte in der Batterie- und Brennstoffzellenfertigung abbilden, bei denen der Einsatz von Robotern sinnvoll ist. Dazu zählen auch die Prozesse, die mit Standradrobotern nicht zu bewerkstelligen sind, weil spezielle Anforderungen an die Roboter bestehen. Ich denke hier an die Produktion von nickelhaltigen Batteriezellen, bei denen bestimmte Prozessschritte unter extrem trockener Umgebung – relative Luftfeuchte 0,5%, Taupunkt -45°C – stattfinden. Stäubli-Roboter sind für den Einsatz unter diesen Bedingungen qualifiziert und zertifiziert. Zudem können unsere Roboter auch in säurehaltiger Umgebung bei der Brennstoffzellenherstellung arbeiten.

Döhner, Kuka: Bei der Fertigung von Batterien finden Roboter ihre hauptsächlichen Einsatzbereiche in der Automatisierung der Handhabung, also etwa bei der Positionierung von Bauteilen und deren Entnahme aus Warenträgern, sowie in der Prozessführung, z.B. beim Laserschweißen oder auch Rührreibschweißen, beim Schrauben, Bearbeiten von Oberflächen, Applizieren von Klebstoffen oder Folien. Neben der Prozessführung bringen wir hier natürlich auch unsere Expertise in der Auslegung der Prozesse selbst mit ein.

Welche Anwendungen haben Sie bereits umgesetzt?

Pühringer, Stäubli: Stäubli-Roboter befinden sich in nahezu allen Bereichen der Batterie- und Brennstoffzellenfertigung rund um den Globus im Einsatz. Dabei konnten wir einige Pionieranwendungen realisieren, z.B. in China, wo die Palcan Group eine vollautomatische Produktionslinie für Brennstoffzellen in Betrieb genommen hat. Hier übernehmen unsere Roboter sensible Handhabungsaufgaben bei der Membranelektrodenmontage für Methanol-Reforming-Brennstoffzellen. Unsere Roboter sind auch bei der Batteriemodulherstellung im Einsatz. Zu den typischen Applikationsbeispielen zählen Handhabungsprozesse sowie das Remote-Laserschweißen bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterypacks, ebenso das ganze Feld der Qualitätsprüfungen. Weitere Einsatzgebiete finden sich bei der Montage von Elektronikeinheiten im Batterypack, bei der Elektrolytbefüllung sowie in vielen weiteren spezifischen Applikationen.

Döhner, Kuka: Seit mehr als zehn Jahren liefern wir weltweit Anlagen für die Batteriefertigung aus. Das sind komplette Linien für die Produktion von Batteriemodulen und -Packs, aber auch Test-Systeme, Pilotanlagen oder FSW-Applikationen, die in der Produktion von Batteriegehäusen große Vorteile bieten, aber auch für die Demontage von Batteriepacks und deren Recycling – hier wächst der Bedarf. Für den Bau von Batteriegehäusen mittels FSW-Applikationen oder auch für Stapelapplikationen haben wir ebenfalls bereits Anwendungen umgesetzt.

Unser Konzept für die flexible Produktion sieht Fertigungszellen vor, die von unseren autonomen, mobilen Robotern bedient werden.

Jörg Rommelfanger, ABB

Rommelfanger, ABB: Wir sind stark bei unterschiedlichen, robotergestützten Schweißtätigkeiten, die insbesondere bei der Fertigung der Batterieschale und -abdeckung zum Tragen kommen. Hinzu kommen diverse Montage- und Handhabungsaufgaben, z.B. für das Gehäuse des Akkupacks oder für die Bestückung mit Batteriezellen. Zudem setzen Hersteller unsere Roboter zum Beschichten, Kleben und Versiegeln sowie zur 3D-Qualitätskontrolle ein.

Wie schätzen Sie das Potenzial in Deutschland und Europa in den nächsten Jahren ein – im Vergleich zu Asien und den USA?

Döhner, Kuka: Mit unserer internen Forschungs- und Entwicklungsabteilung bewerten wir den Markt. Ich schätze das
Potenzial für Deutschland und Europa als sehr hoch ein, der Trend geht dahin, manche Produktionsaufgaben näher an den Abnehmer zu holen – und damit wieder zurück nach Europa und Deutschland. Damit einher geht ein höherer Automatisierungsgrad aufgrund des lokalen wirtschaftlichen, regulatorischen und sozialen Umfelds.

Pühringer, Stäubli: Sollten sich die Prognosen bewahrheiten und 2030 tatsächlich 80 Prozent der Fahrzeuge über einen Elektroantrieb verfügen, müssen wir in Europa in kürzester Zeit eine komplette Infrastruktur für die Produktion der benötigten Akkus auf die Beine stellen. Weltweit würden dann 50 bis 60 Millionen Akkus benötigt, ein erheblicher Anteil
daran in Europa. Nachdem die Akkus sehr schwer sind und als Gefahrgut gelten, sind interkontinentale Transporte keine Lösung. Das heißt im Umkehrschluss: Es ist von einem gewaltigen Nachfrageboom in Europa auszugehen, wobei sich die viele Gigafactories im Sinne einer einfachen Logistik in der Nähe der großen Automobilwerke ansiedeln werden.

Rommelfanger, ABB: Der von uns in Auftrag gegebene Bericht ‚Electric Vehicle Battery Supply Chain Analysis‘ besagt: 2036 wird vermutlich das Jahr sein, in dem mehr vollelektrische Pkw verkauft werden als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Das hängt jedoch von der Geschwindigkeit der jeweiligen Gesetzgebung und der Angleichung der Preise für E-Fahrzeuge an die Preise für Benzin- und Diesel-Pkw ab. Asien ist bei der Batterieproduktion führend. Europa wird aber in den nächsten Jahren wichtigen Boden gutmachen. Viele bedeutende Fahrzeug- und Batteriehersteller planen oder bauen hier eigene Batteriewerke. Zudem planen auch die US-Hersteller Kapazitätserweiterungen. Denn: Es wird immer wichtiger, dass die Batteriepack-Montage in unmittelbarer Nähe der Fahrzeugmontage erfolgt. Zum einen aus Nachhaltigkeitsaspekten. Zum anderen senkt das die Transportkosten. Gleichzeitig erhöht sich
auch die Flexibilität, weil sich eine zellenbasierte Fertigung leicht in bestehende Linien integrieren lässt.

Welche Expertise und Knowhow ist für den Erfolg in dieser Branche besonders wichtig?

Dr. Michael Klos, Yaskawa: In der Rolle als Roboterhersteller gilt es, alle robotergeführten Prozesse zu unterstützen, die in der Batteriefertigung eine Rolle spielen, also z.B. Handling, Montage/Fügen/Verschrauben, Lichtbogenschweißen, Laserschweißen. Die Herausforderung bei der Batteriefertigung liegt in der Planung beim Anlagenbauer: Produkte, Stückzahlen und Anforderungen ändern sich technologisch noch sehr schnell, sodass alle Fertigungsanlagen
noch Einzelprojekte sind, die mit sehr viel Engineering-Aufwand und mit ständigen Änderungen bis zur Auslieferung behaftet sind. Das treibt Risiko und Kosten sehr in die Höhe. Dadurch bleibt dem Anlagenhersteller kaum Zeit, standardisierte Zellenkonzepte zu entwickeln, um so Engineering-Kosten, Lieferzeiten und Risiko zu konsolidieren. Erfahrung und moderne Engineering-Methoden im technisch anspruchsvollen Anlagenbau sowie eine mittelständische
Struktur flexibler Anbieter samt deren Zulieferer zeichnen jedoch den weltweit sehr erfolgreichen deutschen Maschinen- und Anlagenbau aus. Das können und sollten wir gegenüber einer möglichen chinesischen
Dominanz in die Waagschale werfen.

Die Herausforderung bei der Batteriefertigung liegt in der Planung beim Anlagenbauer.

Michael Klos, Yaskawa

Rommelfanger, ABB: Fakt ist: Der hohe Preis von E-Fahrzeugen stellt zunehmend eine Barriere für die weitere Marktdurchdringung dar. Die Senkung von Fahrzeugkosten ist daher zu einem wichtigen Anliegen für die gesamte Branche geworden. Da die Batterie bis zu einem Drittel der Fahrzeugkosten ausmacht, sind Lösungen ausschlaggebend, die die Produktivität der Batterieherstellung verbessern. Unsere Lösungen helfen, die Produktivität, die Qualität und die Sicherheit zu erhöhen sowie die Kosten für fertige Akkupacks durch eine automatisierte Montage zu senken.

Pühringer, Stäubli: Stäubli verfügt bereits über Expertise und Referenzen für die neuen Applikationen und kann der Automobilindustrie als kompetenter Partner zur Seite stehen. Wir haben sehr frühzeitig Expertenteams für die neuen Aufgabenfelder etabliert und uns gemeinsam mit Anlagenbauern und Herstellern mit den Anforderungen an die Robotik in diesen neuen Applikationsfelder vertraut gemacht. Wir haben daraufhin unser Roboterportfolio konsequent auf die geforderten Eigenschaftsprofile ausgelegt. Deshalb sind unsere Roboter heute auch im Hinblick auf Reinraumtauglichkeit, Säurebeständigkeit, Resistenz gegen Feuchte oder extreme Trockenheit für die automatisierte Produktion von EV-Batterien und Brennstoffzellen geeignet.

Döhner, Kuka: In der Branche der Batteriefertigung braucht es vor allem Prozessund Handhabungsexpertise. Darüber hinaus ist auch die Gesamtsicht auf komplexe Produktionslinien wichtig, die auch die Verfügbarkeit und Robustheit der Linien, deren logistische Versorgung sowie den operativen Betrieb und die Wartung angemessen berücksichtigt. Als Herzstück von Elektrofahrzeugen besteht die Batterie aus vielen einzelnen Komponenten und elektronischen Bauteilen. Montage und Handhabung erfordern daher eine hohe Präzision auf begrenztem Raum.