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Worauf Produzenten achten müssen und wie sich die Batteriekennzeichnung effizient umsetzen lässt
Der Markt für Elektromobilität nimmt Fahrt auf. Im Jahr 2021 wurden weltweit 4,8 Millionen Elektro-Autos neu zugelassen. Tendenz exponentiell steigend. Neue Produktionsstandorte für die Einzelkomponenten oder für die Fahrzeugmontage werden eröffnet oder sind in Planung.
In diesem Blog wollen wir auf den elementaren Bestandteil jedes Elektrofahrzeugs eingehen: die Batterie. Jede Akku-Batterie im E-Auto ist aus zahlreichen Batteriemodulen aufgebaut, welche wiederum aus vielen einzelnen Batteriezellen besteht. Je nach Modell werden für ein Auto rund 10.000 einzelne, meist zylinderförmige Batteriezellen benötigt und jede Zelle muss zur lückenlosen Rückverfolgbarkeit gekennzeichnet sein.
Was Sie bei der Direktkennzeichnung von Batterien, z. B. mit einem Barcode oder einer LOT-Nummer, beachten sollten und wie die Umsetzung der Kennzeichnung in der Produktion effizient gelöst wird, erfahren Sie hier.
Um die Batteriezellen-Oberfläche nicht zu beschädigen: Kennzeichnung mit Tinte
Direkt wichtig ist zu wissen: Die Oberfläche einer Batteriezelle darf bei der Bedruckung nicht beschädigt werden. Die Laser-Markierung kommt deshalb als Kennzeichnungslösung nicht in Frage. Es können ausschließlich tintenbasierte Systeme eingesetzt werden.
Unter den tintenbasierten Systemen fällt die Wahl nach Beachtung aller Anforderungen mehrheitlich auf die Continuous-Inkjet-Technologie. Für Batteriefabriken, sogenannte Giga Factories, ist sie die flexibelste, schnellste und wirtschaftlichste Methode.
Die konvexe Form einer Batteriezelle und was das für die Bedruckung bedeutet
Die Mehrheit der Lithium-Ionen- oder Kobalt-Batteriezellen haben die Form eines Zylinders, sind also konvex geformt. Nur selten werden eckige Batteriezellen in Elektro-Fahrzeugen eingesetzt. Das Kennzeichnungssystem muss also in der Lage sein, trotz der gewölbten Form die Beschriftung klar lesbar aufzubringen. Da die CIJ-Kennzeichnung komplett ohne Berührung aufdrucken kann, spielt die Form des zu bedruckenden Produkts keine Rolle. Die Tintentropfen fliegen in Millisekunden durch die Luft und landen so, dass trotz zylindrischer Form der Aufdruck klar lesbar ist.
Was ist die Continuous-Inkjet-Technologie?
Im Druckkopf eines Continuous-Inkjet-Druckers schießt kontinuierlich ein Tintenstrahl durch eine winzige Düse in Richtung eines Auffangrohrs – der Strahl wird durch einen Schwinger in bis zu 120.000 einzelne Tropfen pro Sekunde (!) zerlegt. Beim Drucken verändern zwei Ablenkelektroden die Flugbahn einzelner Tropfen. Sie landen als Bildpunkt auf der Produktoberfläche und trocknen innerhalb einer Sekunde. Punkt für Punkt entstehen so Schriften, Grafiken, Barcodes und Datamatrixcodes – und das bei einer Druckgeschwindigkeit von bis zu 1.000 m/min.
Einsatz eines CIJ-Druckers in der Produktion einer Batteriefabrik
Auf Batteriezellen muss meist eine Klarschrift (LOT-/Chargennummer) und häufig zusätzlich noch ein Barcode aufgedruckt werden. Dafür muss der Drucker so in eine Anlage integriert werden, dass er automatisch von der Hauptanlage mitgesteuert wird. Die korrekten Druckdaten kommen dann über eine Schnittstelle an den Drucker.
Die Kennzeichnung kann „on the fly“ - also während der laufenden Produktion - geschehen. Dabei werden die Zylinderbatterien auf einem Förderband einzeln an einem Druckkopf vorbeigefahren und dabei innerhalb des Prozesses gekennzeichnet. Häufig werden die Batterien auch mit einem Roboterarm am Druckkopf vorbeigeführt und bedruckt. Wenn der Druckkopf zudem noch durch ein Handling System bewegt wird, kann der Prozess der Kennzeichnung doppelt so schnell erfolgen wie ohne Handling. Bei der extrem hohen Stückzahl der benötigten Batteriezellen ist es eine wichtige Aufgabe, die Prozesse auch bei der Kennzeichnung hoch-effizient, automatisiert und damit ökonomisch optimiert zu gestalten.
Nicht zu vernachlässigen: die Reinigung des Druckkopfs – oder Sie setzen auf die Sealtronic-Technologie
In solchen hoch-automatisierten Produktionsumgebungen wird großen Wert auf zuverlässige Produktionsanlagen gelegt. Personeller Einsatz sowie Stillstandszeiten für die Instandhaltung sind Kostentreiber und drücken die Produktivität. Kennzeichnungssysteme sind zwar nur ein kleiner, aber auch unentbehrlicher Teil einer Produktionsanlage. Es gilt deshalb auch diesen Produktionsschritt auf dem Radar zu haben, denn wenn die Kennzeichnung nicht laufend funktioniert, steht die gesamte Produktion still. Herkömmliche CIJ-Drucker sind für das Problem von eingetrockneter Tinte im Druckkopf bekannt – im Falle eines schwer zugänglichen Druckkopfs ein Fiasko. Die eingetrocknete Tinte verhindert das Aufstarten des Druckers oder der Aufdruck auf den Batterien ist nicht deutlich lesbar, weil die verstopfte Düse im Druckkopf nur einen unsauberen Druck ermöglicht. Die Reinigung muss manuell direkt am Druckkopf erfolgen – die Produktion steht so lange still, was, zusammen mit dem Ausschuss von unvollständig gekennzeichneten Batterien, verehrende Auswirkungen auf die Produktivitätsbilanz hat. Bekannte Hersteller lassen sich daher Lösungen für dieses typische CIJ-Problem einfallen. Die meisten haben aber gemeinsam, dass man zur Problemlösung an den Druckkopf gelangen muss, um diesen zu reinigen, was ohnehin für Stillstand sorgt und zudem bei beengten Platzverhältnissen zu einer zeitraubenden Tortur wird. Der Kennzeichnungsexperte LEIBINGER hat dieses typische Inkjet-Problem behoben, bevor es überhaupt auftritt. Mit dem Düsenverschlusssystem Sealtronic wird ein Verstopfen der Druckerdüse verhindert und somit die mit der Druckerreinigung verbundenen Standzeiten vermieden. Der bei vielen Systemen notwendige, regelmäßige Reinigungsaufwand lässt sich so weitgehend eliminieren. Hochwertige CIJ-Drucker lassen sich zudem auch Remote steuern und/oder mit einer Cloud überwachen.
Sealtronic: Warum etwas reinigen, das erst gar nicht schmutzig wird?
In Produktionspausen, aufgrund von Schichtenden, Wochenenden o. ä., fährt die Sealtronic-Technologie den Fängerarm im Druckkopf ein und verschließt die Düse hermetisch. Der kontinuierliche Tintenstrahl des CIJ-Druckers wird so nicht unterbrochen, sondern nur luftdicht verschlossen und die Tinte zirkuliert so im geschlossenen System weiter. Ein Eintrocknen der Düse ist damit wirksam unterbunden.
Halogenfreie Tinten gefordert
Aufgrund von Normen, für ein leichteres Produktrecycling und als Anwendersicherheit, weil weniger giftige Dämpfe freigesetzt werden, sind bei der Batteriekennzeichnung oft halogenfreie Tinten Voraussetzung. Halogenfreie Tinten sind auf dem Markt mittlerweile Standard und für viele Kennzeichnungssysteme verfügbar. Achten Sie darauf, dass die gewünschte Tinten hervorragende Haftungseigenschaften aufweisen und abrieb- sowie umdruckfest sind. Wir empfehlen unbedingt im Voraus eine Musterbedruckung. LEIBINGER bedruckt Ihre Batteriezelle für einen Test kostenlos und unverbindlich mit der idealen Tinte, die alle Ihre Anforderungen erfüllt.
Continuous-Inkjet-Druck auch für die nachfolgenden Schritte der Batterieherstellung
Mehrere einzelne, meist zylindrische, Batteriezellen bilden gemeinsam ein Batterie-Modul. 10 bis 15 solcher Module* wiederum werden dann zu einem Batterie-Akku-Paket zusammengestellt, das als Energielieferant für einen Elektro-Motor eingebaut wird. Neben den Batteriezellen müssen auch die Module und das gesamte Akku-Paket gekennzeichnet werden. Auch hier ist die CIJ-Markierung eine wirtschaftlich attraktive Lösung, zumal durch den Einsatz einer Kennzeichnungstechnologie Synergieeffekte entstehen.
*Zahl variiert je nach Modell
Fazit: In den Punkten Kompatibilität und Flexibilität haben CIJ-Coder die Nase vorn bei der Batteriekennzeichnung
Die Kennzeichnung vieler Komponenten in Elektrofahrzeugen ist Pflicht. Eine Kennzeichnungslösung ist also unumgänglich. Dabei gilt es beim Spezialfall der Batteriezellen zu beachten, dass diese nicht mit einem Laser markiert werden können, da sonst die Oberfläche beschädigt werden kann. Ein tintenbasiertes Kennzeichnungssystem sollte mit der meist konvexen Form der Batteriezellen zurechtkommen, komplett in die Produktionsanlage integriert sein, zuverlässig und wartungsarm sein, um Produktionsausfälle zu vermeiden und mit sehr gut haftenden, meist halogenfreien Tinten funktionieren. Sämtliche Kriterien werden von einem CIJ-Drucker erfüllt. Zieht man zudem noch firmeninterne TCO-Berechnungen hinzu, fällt die Wahl objektiv betrachtet zugunsten der gesamten Produktivität in der Regel auf einen CIJ-Coder.
Informieren Sie sich hier über LEIBINGER Continuous-Inkjet-Drucker für die Kennzeichnung von Elektroauto-Batterien und nehmen Sie für eine unverbindliche Beratung und kostenlose Bemusterung Kontakt mit uns auf!
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