Simulation in der Batterieproduktion
Wickelprozesse laufen wie am Schnürchen
Die Batterieproduktion ist ein sehr komplexer Prozess, bei dem jeder einzelne Schritt entscheidend für die Leistung und Sicherheit der produzierten Batteriezellen ist. Vor allem beim Herstellungsprozess der Zellen, z.B. dem Wickelprozess, kommt es auf Präzision an. Je genauer Elektroden und Isolatoren aufgewickelt werden, desto höher ist die Effizienz und Kapazität der Batteriezellen. Der Einsatz von Simulationssoftware wie iPhysics hilft dabei den Wickelprozess detailliert zu analysieren, zu verbessern und mögliche Probleme bereits im Vorfeld zu erkennen und zu beheben.
TTS - QR-CodeDie simulative Abbildung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Batterieproduktion dar. Auch vor dem Hintergrund, dass es nicht nur eine Art von Produktionsprozess gibt, sondern sich diese deutlich unterscheiden: Der Beschichtungsprozess beginnt mit dem Abwickeln von Metallfolien, die dann entweder intermittierend oder kontinuierlich beschichtet werden.
Bild: Machineering GmbH & Co. KG
Bild: ©Prathankarnpap/stock.adobe.com / Machineering GmbH & Co. KGWickelprozesse virtuell in Betrieb nehmen
Mehrere internationale Batteriehersteller sind vor einiger Zeit an Machineering mit der Frage herangetreten, ob sie die Simulation des Wickelprozesses von Batterien umsetzen können. Aufgrund des modularen Kernels von iPhysics sind derartige Entwicklungen zügig in die Software integrierbar. Dieser Wunsch wurde dann auch zeitnah umgesetzt.
Die Vorverlagerung der Inbetriebnahme von Maschinenteilen zur Automatisierung dieser Prozesse in die virtuelle Inbetriebnahme verbessert nicht nur die Effizienz und Qualität der gesamten Produktionskette, sondern ermöglicht es auch potenzielle Fehler und Ineffizienzen im Wickelprozess frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Werden Wickelprozesse nicht virtuell in Betrieb genommen, werden mögliche Fehler erst während der physischen Produktion erkannt, was zu kostspieligen Verzögerungen und Nacharbeiten führen würde. Zudem reduziert die virtuelle Inbetriebnahme die Kosten, da physische Prototypen und Tests an der realen Maschine weniger Zeit in Anspruch nehmen. Durch die Simulation lässt sich der gesamte Prozess jederzeit virtuell testen und verbessern, was die Entwicklungskosten senkt und gleichzeitig die Qualität erhöht.
Neben Kosteneinsparungen und Qualitätsverbesserungen wird der gesamte Entwicklungsprozess beschleunigt, da Anpassungen in der Simulationsumgebung schneller durchgeführt werden können als in der realen Produktion.
Operator Training gezielt umsetzen
Zusätzlich ermöglicht die Integration von Cloud-Technologie in Simulationslösungen wie iPhysics eine noch größere Flexibilität. Cloud-Simulationen bieten den Vorteil, auch ressourcenintensive Berechnungen, wie sie bei der Optimierung von Wickelprozessen nötig sind, effizient durchführen zu können. Mit der Cloud können Unternehmen ihre Simulationsmodelle zentral speichern und global zugänglich machen, was insbesondere in internationalen Produktionsnetzwerken entscheidende Vorteile bietet.
Besonders beim Operator Training zeigt sich der Mehrwert der Cloud. Mitarbeiter können direkt am digitalen Zwilling der Wickelmaschinen geschult werden, ohne dass teure Spezialhardware benötigt wird. Mit einem einfachen Zugang über den Webbrowser lassen sich Schulungen weltweit und parallel zur Inbetriebnahme organisieren.
Durch die Cloud können zudem Trainingsszenarien individuell an unterschiedliche Produktionsstandorte, Maschinenkonfigurationen und Erfahrungsniveaus der Bediener angepasst werden. Dabei ist es möglich, reale Betriebsdaten direkt in die Schulung zu integrieren, um die Teilnehmenden auf spezifische Herausforderungen und Störfälle vorzubereiten. Die Mitarbeiter gewinnen dadurch nicht nur ein besseres Verständnis für die Maschinen, sondern sind auch in der Lage, auf unerwartete Ereignisse schneller und sicherer zu reagieren.
Viele Vorteile für Batteriehersteller
Neben den Potenzialen der virtuellen Inbetriebnahme bietet die Simulation von Wickelprozessen den Batterieherstellern einen hohen Mehrwert bei der Steuerungsanbindung, der optimalen Maschinenauslegung und der Planung zeitkritischer Vorgänge wie dem Spulenwechsel.
Die nahtlose Integration der Steuerungstechnik stellt sicher, dass alle Parameter optimal aufeinander abgestimmt sind. Das frühzeitige Testen der Steuerung führt zu einer höheren Prozessstabilität und -effizienz. Fehler und Schwachstellen in der Steuerungslogik können schnell erkannt und behoben werden, wodurch teure Nacharbeiten und Stillstandszeiten reduziert werden. Die optimale Auslegung der Wickelmaschine ist für einen reibungslosen Prozessablauf von entscheidender Bedeutung. Probleme wie ungleichmäßige Spannung oder Verformung der Folien, die für die Batterieproduktion benötigt werden, können so bereits im Vorfeld erkannt und vermieden werden. Während des Wickelvorgangs müssen vier Folien (Anode, Kathode und zwei Isolatoren) in der richtigen Reihenfolge und mit der richtigen Bandspannung und -orientierung gewickelt werden. Der Spulenwechsel ist ein kritischer Punkt im Wickelprozess, da er schnell zu Produktionsunterbrechungen und Qualitätsproblemen führen kann. Mit Hilfe der Simulation lassen sich Wechselvorgänge schnell entwickeln und detailliert effizient gestalten.
Auf andere Industrien übertragbar
Die Vorteile der virtuellen Abbildung von Wickelprozessen in der Batterieproduktion lassen sich auch auf andere Branchen wie die Papier-, Stahl- und Verpackungsindustrie übertragen. Überall dort, wo Wickelprozesse zum Einsatz kommen, kann der von Machineering entwickelte Kern einfach übertragen werden.
Die Simulation revolutioniert die Batterieproduktion und bietet damit große Vorteile. Durch die präzise Verbesserung und Anpassung von Wickelprozessen lässt sich die Qualität und Effizienz der Batteriezellen deutlich verbessern, was für leistungsstarke und langlebige Batterien in Elektrofahrzeugen unerlässlich ist.
Die Batterieproduktion ist ein sehr komplexer Prozess, bei dem jeder einzelne Schritt entscheidend für die Leistung und Sicherheit der produzierten Batteriezellen ist. Vor allem beim Herstellungsprozess der Zellen, z.B. dem Wickelprozess, kommt es auf Präzision an. Je genauer Elektroden und Isolatoren aufgewickelt werden, desto höher ist die Effizienz und Kapazität der Batteriezellen. Der Einsatz von Simulationssoftware wie iPhysics hilft dabei den Wickelprozess detailliert zu analysieren, zu verbessern und mögliche Probleme bereits im Vorfeld zu erkennen und zu beheben.
TTS - QR-CodeDie simulative Abbildung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Batterieproduktion dar. Auch vor dem Hintergrund, dass es nicht nur eine Art von Produktionsprozess gibt, sondern sich diese deutlich unterscheiden: Der Beschichtungsprozess beginnt mit dem Abwickeln von Metallfolien, die dann entweder intermittierend oder kontinuierlich beschichtet werden.Bild: Machineering GmbH & Co. KG
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Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1 (Februar) 2025 - 07.02.25.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
