Batteriekomponenten dauerhaft kennzeichnen: DMC-Laserbeschriftung auf Wanne, Rahmen und Gehäuse

Warum das Etikett in der Batteriefertigung an seine Grenzen kommt

In fast jeder dokumentierten Linie ist das Etikett der Ausgangszustand, und in fast jeder wird es hinterfragt. Auf einer Kunststoff-Separatorlage war ursprünglich ein Etikett vorgesehen, im Projektverlauf setzte sich die Laserbeschriftung durch. Auf Schaumteilen mit Batterieausschnitt ersetzte ein UV-Laser eine Tintenstrahlstation. An anderen Stellen tritt der Nadelpräger als günstigere Alternative auf und scheidet aus, sobald die Wandstärke oder die Optik des Bauteils keine Verformung zulässt.

Drei Argumente wiederholen sich in diesen Entscheidungen: die Kosten je Teil, die Prozesssicherheit beim Aufbringen und die Haltbarkeit über alle Folgeschritte. Wo der Endkunde Etiketten vorschreibt, verschwindet die Aufgabe nicht, sie verschiebt sich: Dann muss die Linie gemischte Kennzeichnung sicher lesen, gelaserte DMC neben gedruckten Labeln.

Aluminium-Druckguss, gefräste Wanne, dünnes Blech: das Verfahren je Metalloberfläche

Auf den Strukturteilen ist der Hybrid-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-X das Arbeitspferd. Er markiert Aluminium-Druckguss, gefräste und beschichtete Wannen aus dem Bearbeitungszentrum, Modulrahmen, Halter und Base Plates von Batteriekühlern sowie Stahl und Edelstahl in derselben Zelle. Die dokumentierten Codegrößen reichen von 6 x 6 mm am Gehäuserand bis 20 x 20 mm auf einer großen Wanne, jeweils mit Klarschrift daneben, häufig Datum und Uhrzeit.

Bei dünnem Werkzeug- und Elektroblech von etwa 0,5 mm mit leichten Ölrückständen darf nichts abgetragen werden. Hier ist die Anlassbeschriftung der passende Weg: Der Laser erwärmt die Oberfläche lokal und erzeugt einen dunklen, kontrastreichen Code, ohne die Blechdicke anzutasten. Auf frisch bearbeiteten Flächen mit Kühlschmierstoffresten und auf silbrig glänzendem Aluminium lohnt ein Beschriftungstest am Originalteil, weil Kontrast und Leserate hier stärker von der Vorbehandlung abhängen als von der Laserleistung.

Schwarzer Kunststoff, Schaum und Schrumpfschlauch

Die Nichtmetalle einer Batterie sind kein Randthema. Gehäuse und Batteriekästen in schwarz, grau, weiß und blau, Separatorlagen aus ABS, Träger von Zellkontaktiersystemen, glasfaserverstärkte Gehäuse in orange, Schaumteile und mit Schrumpfschlauch überzogene Modulrahmen stehen in derselben Montage. Wo der Prozess kalt bleiben muss, arbeitet der UV-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-U: Bei 355 nm ist die Absorption in vielen Kunststoffen hoch, sodass ein sauberer Kontrast mit minimalem Wärmeeintrag entsteht. In dokumentierten Anwendungen liegen die Markierzeiten auf Kunststoff bei etwa 0,55 bis 0,85 Sekunden gegen Stationstakte von 4 bis 12 Sekunden, der Laser ist dort also nicht der Engpass.

Ein Befund aus der Praxis lohnt besondere Aufmerksamkeit: Zwei nominell gleiche Oberflächen verhalten sich unterschiedlich. Bei einem Modulrahmen mit Schrumpfschlauch aus zwei Bezugsquellen war nur eine der beiden Varianten mit dem Hybridlaser markierbar, der UV-Prozess beherrschte beide. Deshalb gilt für Kunststoff, Schaum und Beschichtungen dieselbe Regel wie für Metall, nur strenger: Vergleichsbeschriftung je Compound und je Lieferantenvariante, nicht je Werkstoffgruppe.

• Schwarze und dunkle Compounds: Farbumschlag prüfen, weil der Kontrast stark von Füllstoff und Pigment abhängt.
• Helle Untergründe mit dunklem Code: möglich, aber zeitintensiv. In einer dokumentierten Anwendung kostete die beste erreichbare Variante 32 bis 48 Sekunden gegen ein Ziel von 30 Sekunden.
• Höhenunterschiede von rund 100 mm zwischen Varianten auf demselben Band: über den Arbeitsabstand der Station auslegen, denn der Standard-Betriebsabstand ist nur um rund 20 mm variabel; Autofokus und Kameraposition fangen danach die Restabweichung ab.

Kratzfest, reinigungsfest, lackierfest: was die Markierung überstehen muss

Diese Achse wird beim Auslegen am häufigsten übersehen. Ein Code, der unmittelbar nach dem Beschriften gut aussieht, ist noch kein Code, der am Prüfstand gelesen wird. In einem dokumentierten Projekt wurde das Ergebnis eines Hybridlasers nicht wegen des Kontrasts abgelehnt, sondern weil es nicht kratzfest war, und genau das verschob die Anwendung auf den UV-Prozess. Gedruckte Codes zeigen dasselbe Muster: Ein Kunde akzeptierte, dass sich die Markierung abkratzen lässt, ein anderer nicht.

Hinzu kommen Reinigungsschritte, die nach dem Kennzeichnen auf dasselbe Teil wirken. In dokumentierten Anwendungen finden sich eine Plasmareinigung über 360 Grad an der Zelle, eine Laserreinigung von rund 300 Stellen je Modul vor dem Drahtbonden und eine Partikelabreinigung an Keramikstäben. Auf Wannen und Rahmen wirken Lackieren, Beschichten und Folieren in gleicher Richtung. Praktisch heißt das: Der Lesetest gehört an Teile, die den echten Prozess durchlaufen haben, und nicht an frisch markierte Muster. Für die Beurteilung reicht das Auge nicht aus. Wie tief eine Gravur von etwa 15 µm tatsächlich ist und wie sich die Oberflächenstruktur verändert hat, lässt sich im Labor mit einem 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X belegen, was besonders dann zählt, wenn eine verschmutzte Optik als Ursache im Raum steht.

Die Markierfläche erreichen: von unten, von der Seite, über die Wölbung

Bei Batterieteilen liegt die Markierfläche selten oben und selten plan. Der Code soll an eine Gehäusekante, in eine Vertiefung im Druckguss oder auf eine Fläche, die im Rundtakttisch nur von unten zugänglich ist. In realen Projekten entscheidet diese Geometriefrage häufiger über die Machbarkeit als der Werkstoff.

Der Hybrid-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-X arbeitet dafür mit Autofokus und kamerabasierter Positionserkennung: Die Fokuslage folgt der tatsächlichen Bauteilhöhe, die Kamera erkennt die reale Teilelage, statt eine exakte mechanische Ausrichtung vorauszusetzen. Für Flächen, die wirklich dreidimensional verlaufen, steht die Option MD-AD-3D bereit. Ist die Fläche nur von unten oder von der Seite erreichbar, führt eine schlanke Strahlführung in Rüsselbauweise zum Ziel, in einem dokumentierten Fall mit lediglich rund 140 mm Arbeitsabstand über einem Drehteller. Markierfelder von etwa 330 mm im Quadrat und Bauteilgrundflächen bis 2.200 x 900 mm sind in diesem Umfeld belegt. Bleibt eine Position optisch unerreichbar, ist das eine Aufgabe für die Vorrichtung, nicht für mehr Laserleistung.

Markierzeit im Anlagentakt und mehrere Positionen je Teil

Die Zeitfenster in diesem Umfeld liegen weit auseinander. Auf einer großen Wanne sind rund 40 Sekunden Beschriftungsdauer dokumentiert, in einer Linie mit elf Teilen pro Minute bleiben etwa 3 Sekunden je Teil, und Stationstakte von 4 bis 12 Sekunden gelten in der Modulmontage als normal. Ein Kupfer-Busbar mit orangem, glasfaserverstärktem Gehäuse belegte 25 Sekunden Markierzeit in einem Takt von 30 Sekunden, was zeigt, wie schnell zwei Werkstoffe in einer Station die Reserve aufbrauchen.

Vier Stellhebel haben sich bewährt, bevor über eine zweite Station gesprochen wird: den Code nicht größer auslegen als das Lastenheft verlangt, die Klarschrift auf das Notwendige begrenzen, die Beschriftung in die Nebenzeit des Handlings legen und bei mehreren Positionen je Teil die Reihenfolge so wählen, dass Verfahrwege kurz bleiben.

Codegüte belegen und direkt in der Zelle gegenlesen

Wo das Lastenheft eine Codegüte nennt, in dokumentierten Anwendungen häufig mindestens Güte B, gehört die Bewertung in die Markierstation. Ein stationärer AI-Codeleser der Modellreihe SR-X liest den frisch gelaserten Code unmittelbar gegen und liefert dazu einen Übereinstimmungswert von 1 bis 100, sodass ein fehlerhaft markiertes Teil sofort ausgeschleust wird und keine separate Prüfstation nötig ist. Bewertungsgrundlage ist bei direktmarkierten Codes die ISO/IEC TR 29158, bei gedruckten Codes und Etiketten die ISO/IEC 15415. Auf größere Entfernung oder über eine breitere Durchfahrt übernimmt ein Lesegerät der Modellreihe SR-2000 dieselbe Aufgabe.

Zwei Randbedingungen gehören von Anfang an in die Auslegung. Erstens: Ein einzelner stationärer Leser erfasst an einer Rundzelle deutlich weniger als 120 Grad des Umfangs, drei Leser lassen also Lücken und für die volle Abdeckung sind vier bis fünf nötig. Zweitens: Die Codeposition ist an vielen Stationen nicht nur Identität, sondern gleichzeitig die Referenz für die Verdrehung, die an den Handhabungsroboter oder die Reinigungsstation weitergegeben wird. Beides behandelt der Beitrag „DMC an der Batteriezelle: Kennzeichnen und Lesen an Rundzelle, Zellbecher und Zelldeckel" im Detail. Sind neben dem Code auch Klarschrift, Etikettenlage oder Vollständigkeit von Verschraubungen zu prüfen, übernimmt das ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 an der festen Station, und bei mehreren Kameras und kombinierter Code-, Klarschrift- und Oberflächenprüfung die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G.

Rohteil-DMC in der Gießerei oder Kennzeichnung in der Linie

Bleibt die Frage, wann das Teil seine Identität bekommt. Der frühe Weg ist der Rohteil-DMC samt Klartext in der Gießerei, oft mit einem Laser, der dem Endkunden beigestellt wird. Er hat den Vorteil, dass jeder Bearbeitungsschritt auf dem Rohteil bereits einem Datensatz zugeordnet werden kann. Er verlangt aber, dass die Markierung Spanen, Waschen, Dichtigkeitsprüfung und Beschichtung übersteht und danach noch decodierbar ist.

Der spätere Weg ist eine Markierzelle in der Bearbeitungslinie, nach dem letzten formgebenden Schritt. Dort ist die Oberfläche definiert, der Kontrast planbar und die Codegüte leichter zu halten, dafür bleibt die Vorgeschichte des Teils unbelegt. In vielen Linien wird beides kombiniert: ein robuster Rohteilcode für die Bearbeitung und ein finaler DMC für Modul- und Packmontage, den die Lesestationen entlang der Linie weiterverfolgen. Wo an dünnem Band oder auf Folie gekennzeichnet wird, gelten wieder andere Regeln, die der Beitrag „Elektrodenbahnen, Folien und Stromleiter kennzeichnen: DMC und Fehlermarkierung im laufenden Band" beschreibt.

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