Das Markenunternehmen VARTA Consumer Batteries gehört zum amerikanischen Konsumartikel-Konzern Spectrum Brands und steht innerhalb des Konzerns für den Produktbereich Premium Batterien. Im Dischinger Werk ist man auf alle Typen von Rundzellen spezialisiert, von Mono- bis Microzellen des Typs AAA. Nach Rezepturvorgaben der US-Zentrale werden in Dischingen sämtliche Montage-, Bestückungs- und Befüllprozesse entwickelt. Bis hin zum fertig bedruckten und verpackten Endprodukt finden sämtliche Prozessschritte in diesem Werk statt. Etwa 3 Millionen Zellen laufen täglich über Rundtaktanlagen, Förderstrecken, Testeinrichtungen und Verpackungsmaschinen ins Versandlager. Dabei tragen nicht alle Batterien einen der beiden Markennamen des Hauses. Auch viele Handelspartner mit Eigenmarken werden mit hochwertigen Mignonzellen beliefert. Dazu Otto Hessel, technischer Leiter des Werks: „Wir stehen in Qualität und Preis im weltweiten Wettbewerb. Nicht nur gegen ‚echte’ Konkurrenten, sondern auch gegen andere Produktionsstandorte im Konzern.“ Der Druck ist deshalb enorm. Konsequente Ziele sind höchste Anlagenverfügbarkeit und optimale Produktionsprozesse zu geringstmöglichen Kosten.

Der erste Schritt zur Zeitlupen-Technologie

Im Werk laufen Taktraten von bis zu 600 Einheiten pro Minute. Tauchten früher Fehler in der laufenden Produktion auf, hatte man mit bloßem Auge keine Chance, die Ursachen eindeutig zu erkennen. Hier kam die Zeitlupen-Technologie ins Spiel. Moderne digitale Hochgeschwindigkeitskameras liefern eindeutige Ergebnisse bei ungeklärten Fehlerquellen und erfassen messtechnische Details. So lassen sich auch in schnell laufenden Rundtaktanlagen Prozessabläufe optimieren, die Produktqualität verbessern und die Kosten senken.

Aus diesen Überlegungen heraus beschlossen die Verantwortlichen im Werk Dischingen, in eine Hochgeschwindigkeitskamera zu investieren. Die schnelle Entscheidung für die MotionBLITZ® Cube2 von Mikrotron hatte plausible Gründe, wie der technische Leiter, Otto Hessel, betont: „Wir haben uns für eine Mikrotron MotionBLITZ® Cube2 entschieden, weil wir bereits anhand der in weniger als 15 Minuten entstandenen Demoaufnahmen eines unserer wichtigsten Prozessprobleme genau identifizieren konnten.“ Aufnahmegeschwindigkeit, Bildqualität und insbesondere die ausgesprochen einfache Handhabung des Gerätes erfüllten alle Voraussetzungen für den täglichen Einsatz in der Produktion und Anlageninbetriebnahme. Darüber hinaus sah man es bei VARTA gerne, mit einem erfahrenen deutschen Hersteller zusammenzuarbeiten und damit auch eine Strategie der kurzen Wege zu nutzen.

Die exakte Einstellung des Einspritzprozesses

Die neueste Batterie-Generation von VARTA hat laut Otto Hessel eine deutlich höhere Leistung als die der Mitbewerber. Der Grund dieser Leistungssteigerung liegt in einer speziellen Rezeptur des in den Batteriekörper gefüllten Elektrolyts. Dabei kommt es jedoch einerseits auf genaueste Dosierung an, andererseits stehen nur wenige Hundertstelsekunden für den Abfüllvorgang zur Verfügung. Dieser Fertigungsschritt verursachte in der Vergangenheit zwei Probleme:

  • Erstens wurde die Anlage immer wieder erheblich verschmutzt. Der erhöhte Wartungsaufwand und die damit geringere Anlagenverfügbarkeit reduzierten die Produktionszahlen. Außerdem führte die Verschmutzung zu Qualitätseinbußen in der äußeren Beschaffenheit der Batterien.
  • Zweitens hatten die Elektrolyt-Abfüllprobleme zur Folge, dass die Leistung der einzelnen Batterien stärker schwanken konnte als es die Spezifikation zuließ, und die Rezeptur es theoretisch erlaubt hätte.

„Bereits die ersten High-Speed-Videoaufnahmen brachten uns riesige Fortschritte“, erläutert Josef Graule, der sich als Produktionsingenieur auf die Arbeit mit dieser Kamera spezialisiert hat. „Wir konnten schon nach wenigen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen die Abfülldüsen so wählen, dass der Füllvorgang ohne lästige Spritzer ablief.“ Die folgenreiche Verschmutzung von Anlagen und Maschinen mit dem aggressiven Elektrolyt war damit beseitigt. Schnell konnte man mit Hilfe der Zeitlupenstudien die Prozessparameter so einstellen, dass die hohen Qualitätsanforderungen innerhalb der sehr kurzen Zykluszeit erfüllt wurden.

Fehler durch Zeitlupenstudien schnell finden

Ein fehlender Elektrolyttropfen verändert die Batterieeigenschaften, verschmutzt die Produktionsanlage und erhöht den Wartungsaufwand. Schnell konnte man mit Hilfe der Zeitlupenstudien die entsprechenden Prozessparameter optimieren. Im Bild sind die Tropfen rot nachgefärbt.

Früher musste man im zeitaufwändigen „Trial and Error“-Verfahren warten, bis nach jeder Neujustierung der Anlage die fertigen Produkte getestet werden konnten. Heute lässt sich im laufenden Prozess erkennen, wie sich Steuerparameter unmittelbar auswirken. Dadurch ist die Produktion in der Lage, sowohl die Anlagen als auch die ablaufenden Prozesse besser als bisher zu bewerten.

Die anspruchsvolle Analyse der Etikettierung

Auch in der Batterie-Etikettierung konnte man mit der MotionBLITZ® Cube2 deutliche Erfolge verbuchen. Die Etikettiermaschine läuft mit einer Geschwindigkeit von 900 bis 1.000 Teilen pro Minute. Jedes einzelne Etikett muss mit der gleichen Bandgeschwindigkeit punktgenau an der rotierenden Zelle ansetzen: Jeder Schlupf im Etikettentransport oder jede ungenügende Anhaftung an der Zelle führt zu einem Problem an der nächsten Zelle. Sind Batterien fehlerhaft etikettiert, kommt es zu unnötigem Ausschuss und Materialverlust. Eventueller Etikettenstau muss behoben werden und führt zu Maschinenstillstandszeiten, die sich über eine Schicht hinweg summieren können. Die Fehleranalyse an dieser Maschine mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen wäre ohne die gleichzeitig sehr hohe Bildauflösung nicht möglich gewesen. Bei den dabei erforderlichen seitlichen Aufnahmen ist das Etikett nur als Kontur einer sehr dünnen Linie erkennbar. Dennoch konnte auch dieses komplexe Problem gründlich analysiert und Wege der Fehlerbehebung beschritten werden. Die Maschinenstillstandszeiten und weitere Nachteile ließen sich erheblich reduzieren. So konnte auch dieser Fertigungsschritt optimiert werden.

Etikettiermaschine im Batteriewerk Dischingen

Die Etikettiermaschine läuft mit einer Taktrate von bis zu 1.000 Einheiten pro Minute. Die Fehleranalyse wäre an dieser Maschine mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der MotionBLITZ® Cube2 ohne die gleichzeitig sehr hohe Bildauflösung nicht möglich gewesen.

Hochgeschwindigkeitsaufnahmen aus der Etikettiermaschine

Die MotionBLITZ® Cube2 musste seitlich angebracht werden. Aus dieser Perspektive waren die Etiketten nur als dünne Linie zu erkennen. In den Hochgeschwindigkeitsaufnahmen sind sie mit einer roten Kontur markiert.

Die genaue Justierung der Messeinrichtung

Ein weiteres Beispiel ist die Einrichtung und Justierung einer permanenten Messkontrolle. Mit Hilfe der MotionBLITZ® Cube2 konnte eine neue Lasermesseinrichtung zur Qualitätsüberwachung exakt eingestellt werden. Erst die Zeitlupe zeigte genau, an welcher Stelle des Batteriekörpers die Messung anzusetzen war, und an welchem Taktzeitpunkt bei Vollauslastung der Anlage die höchste Messgenauigkeit erzielt werden konnte. Dabei erwies sich die in die Kamera integrierte Funktion des Zeitstempels in jedem Einzelbild als äußerst vorteilhaft. Sie ermöglichte Prozessabstimmungen im Millisekundenbereich. Selbst kleinste Verzögerungen in der Fertigungssteuerung waren erkennbar und so konnten die Prozesse viel genauer aufeinander eingestellt werden. „Die zusätzliche Einblendung von Steuersignalen in die Hochgeschwindigkeitsaufnahme liefert weitere wertvolle Hinweise zur Optimierung des Prozesses, da wir auf einer Maschine oft mehrere Prozessschritte miteinander koordinieren müssen“, erklärt Josef Graule.

Der schnelle Weg zur Amortisation

Die Untersuchung bei laufender Produktion war bisher unzufriedenstellend, da dafür die Prozessgeschwindigkeit stark heruntergefahren werden musste. Dann allerdings liefen die Maschinen meist problemlos, weil die Fehler erst bei Vollauslastung auftraten. Die Hochgeschwindigkeitskamera ermöglicht es nun, auch bei maximaler Produktionsgeschwindigkeit zu erkennen, wo Probleme auftreten. Dazu Graule: „Die MotionBLITZ® Cube2 liefert uns nun die Information, mit deren Hilfe wir Engpässe im Produktionsfluss immer weiter reduzieren können.“

Innerhalb von nur einem Jahr wurden an mehr als 20 Stellen im Produktionsprozess der Batteriezellen Untersuchungen mit der MotionBLITZ® Cube2 vorgenommen. Aus den Ergebnissen erfolgte eine ganze Reihe von Optimierungen. Bei der Anschaffung der MotionBLITZ® Cube2 war die Wunschvorstellung, dass sich dieses System innerhalb eines Zeitraumes von einem Jahr amortisiert. Vor diesem Hintergrund ist die Amortisation der Kamera in weniger als einem Jahr als ein großer und unerwarteter Erfolg zu bewerten.

Hinzu kommt ein weiterer Vorteil, der nicht direkt in die wirtschaftliche Kalkulation einfließt, sich aber dennoch positiv auswirkt: Statt sich wie bisher mit immer wiederkehrenden und damit auch frustrierenden Produktionsproblemen zu arrangieren, konnten sich die Mitarbeiter jetzt über eine Lösung freuen. Sie bekamen so auch wieder das Gefühl vermittelt, dass sich ihr Einsatz lohnt. So entsteht eine gesunde Interaktion zwischen Mensch und Maschine, was wiederum zu einer verbesserten Motivation und einer höheren Qualität in der Produktion führen kann.

Die Strategie der nachhaltigen Prozessoptimierung

In Dischingen erkennt man in Hochgeschwindigkeitsanalysen noch großes, bislang ungenutztes Potential. Langfristig wird die präventive Anlagenoptimierung auf der Basis von eindeutigen Informationen mittels Zeitlupenaufnahmen als wirkungsvolle Möglichkeit gesehen, um noch mehr für die Produktivität zu tun. Das wäre nicht nur ein entscheidender Schritt zu größter Prozess- und Qualitätssicherheit, sondern würde darüber hinaus weitere Leistungsreserven in der Produktion mit den gleichen Maschinen erschließen. Graule: „Ich bin mir sicher, dass wir in Zukunft noch mehr Prävention betreiben werden. Dazu liefert uns die Cube die perfekten Informationen.“