wbk Jahresbericht 2024 final inkl Inhaltslink - Flipbook - Seite 21
D I S S E R TAT I O N E N
STUDIUM UND LEHRE
Ein aktuelles Forschungsthema der Gruppe „Intelligente Maschinen und Komponenten“ ist die Erstellung Digitaler Zwillinge von Maschinen. Hierfür werden Ansätze erforscht, die Maschinen in die Lage
versetzen, sich selbst zu sensorisieren und somit ihren
eigenen Zustand und den ihrer Komponenten zu erfassen. Dazu werden dynamische Maschinenmodelle
auf Basis von Referenzfahrten aufgebaut und initial
parametriert. Darüber hinaus sorgen Optimierungsalgorithmen dafür, dass die Modelle über die Lebensdauer aktuell gehalten werden. Weitere Themen sind
die Befähigung kollaborierender Roboter zur Durchführung hochpräziser Prozesse durch die Kopplung
von zwei oder mehreren Robotern. Dazu muss ein
optimales Zellendesign autonom erstellt werden, um
die hochpräzisen Aufgaben optimal im Bearbeitungsraum abbilden zu können.
Die Forschungsgruppe „Agile Produktionsanlagen“
beschäftigt sich sowohl mit der agilen, modular
aufgebauten und stückzahlflexiblen Produktion variantenreicher Produkte als auch mit deren Demontage. Im Kontext der Batteriezellfertigung zielt das
Forschungsprojekt AgiloBat auf die format-, material- und stückzahlflexible Produktion von Lithium-Ionen-Pouchzellen ab. Realisiert wird diese agile
Batteriezellfertigung durch den Einsatz modular aufgebauter Roboterzellen, die aufgrund der zu verarbeitenden feuchteempfindlichen Batteriematerialien
als Microenvironments ausgeführt sind. Die Prozessmodule innerhalb der Microenvironments weisen einen großen Flexibilitätskorridor zur Abdeckung einer
hohen Variantenvielfalt auf und können bei größeren
Prozessänderungen, wie zum Beispiel dem Austausch
einer Nassbeschichtung durch eine Trockenbeschichtung, mittels Hallenkran gewechselt werden. Mit der
anschließenden Demontage von Batteriezellen nach
Lebensende beschäftigt sich das Forschungsprojekt
DiRecReg, in dem ein Prozessmodul zur Zellöffnung
und zum Entstapeln entsteht. Die agile Fertigung,
Demontage und additiv-subtraktive Reparatur von
Elektromotoren, die Demontage von Brennstoffzellen
und Elektrolyseuren sowie die energieeffiziente und
variantenreiche Handhabung runden das Forschungsprofil der Gruppe ab.
Die Befähigung von Produktionsprozessen zur industriellen Skalierung steht im Fokus der Forschungsgruppe „Automatisierung unreifer Prozesse“. Durch den
Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz sowie auf Basis der Modellierung und Simulation von
Produktionsprozessen mittels physikalischer und da-
VERÖFFENTLICHUNGEN
Agile Batteriezellfertigung mittels Microenvironments zur format-, material- und stückzahlflexiblen
Produktion von Lithium-Ionen-Batteriezellen in der Karlsruher Forschungsfabrik (Foto: wbk)
tengetriebener Ansätze werden dabei Digitale Zwillinge von Produktionsanlagen erstellt, die eine Beschleunigung der Anlageninbetriebnahme sowie eine
Reduzierung des Materialausschusses ermöglichen.
Darüber hinaus wird der Machbarkeitsnachweis für
innovative Anlagenkonzepte, zum Beispiel einer neuartigen Produktionsanlage zur kontinuierlichen und
flexiblen Vereinzelung und Stapelbildung von Batterieelektroden (EXiNOS) in Form von Demonstratoren
mit mittlerem TRL erbracht und anschließend in enger Kooperation mit Maschinen und Anlagenbauern
zur Industrialisierung befähigt. Der Forderung nach
immer individuelleren Produkten in immer kleineren
Losgrößen kann durch den Einsatz additiver Fertigungsverfahren Rechnung getragen werden. Hierzu
werden experimentelle Methoden sowie Simulationen zur Untersuchung und Charakterisierung der Prozesseigenschaften, sowohl für pulverbett- als auch für
extrusionsbasierte Verfahren untersucht.
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Neuartiges Maschinenkonzept EXiNOS zur kontinuierlichen und flexiblen Batteriezellassemblierung als
Anlagendemonstrator sowie der zugrundeliegende Digitale Anlagenzwilling (Foto: wbk)
Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2023
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