Für die Automobilindustrie ist die Batterieproduktion ein zentraler Baustein der Mobilitätswende. Elektrofahrzeuge gewinnen rasant an Bedeutung, doch mit dem wachsenden Bedarf an leistungsfähigen Batterien steigen auch die Herausforderungen in der Fertigung. Hersteller sehen sich mit hohen Anforderungen an Sauberkeit, Skalierbarkeit, Effizienz und Kostenkontrolle konfrontiert, insbesondere im sensiblen Bereich der Reinraumproduktion.
In einem anspruchsvollen Referenzprojekt hat MPC Munschek Process Consulting GmbH gemeinsam mit einem führenden Batteriehersteller eine wegweisende Lösung entwickelt. Ziel war es, eine skalierbare, saubere und wirtschaftliche Produktion von Lithium-Ionen-Batterien zu realisieren.
Warum Batterieproduktion Reinraumtechnik braucht
Lithium-Ionen-Batterien sind empfindliche Hochtechnologieprodukte. Bereits kleinste Partikel oder Verunreinigungen im Produktionsprozess können zu Fehlfunktionen, Leistungsverlust oder gar Sicherheitsrisiken führen. Deshalb gelten in der Batterieproduktion, ähnlich wie in der Pharma- oder Halbleiterindustrie strenge Sauberkeitsanforderungen.
Insbesondere die Trockenzelle, in der die Elektroden verarbeitet und assembliert werden, muss in einer kontrollierten Umgebung mit definierten Partikelgrenzwerten (ISO-Klassen) hergestellt werden. Je nach Produktionsschritt sind Reinräume der Klasse ISO 7 bis ISO 5 erforderlich. Hinzu kommen Temperatur- und Feuchtigkeitsmanagement sowie der Schutz vor metallischen Verunreinigungen.
Die Herausforderung: Transformation, Lieferkette, Kostendruck
Die größte Herausforderung liegt für viele Unternehmen in der Transformation von klassischen Automotiveprozessen hin zu hochkomplexen, reinraumgeeigneten Produktionsabläufen. Drei zentrale Problemfelder zeichnen sich dabei ab:
- Know-how-Lücke bei Reinraumtechnik: Viele Unternehmen verfügen bislang über keine Erfahrung mit Reinraumprozessen und stehen vor einem steilen Lernprozess.
- Unklare Lieferketten & unzureichende Vorgaben: Zulieferer erhalten häufig nur grobe Vorgaben und wissen nicht, wie sie diese sauber und effizient umsetzen sollen.
- Kostendruck & Kapazitätsausbau: Die schnelle Skalierung der Produktionskapazitäten steht im Spannungsfeld zu Investitionen in aufwendige Reinraumtechnik. Fehlerhafte Planung kann hier schnell zu teuren Fehlinvestitionen führen.
Das Projektziel: Sauber, effizient & skalierbar
Gemeinsam mit dem Kunden entwickelte MPC eine ganzheitliche Lösung, die folgende Ziele verfolgte:
- Reinraumkonformes Produktionslayout
- Zonenkonzept für saubere Materialzufuhr
- Risikobasierte Planung & Prozessoptimierung
- Lieferantenbewertung & Investitionssicherheit
- Automatisierungsszenarien zur Reduktion von Betriebskosten
Vorgehen & Projektschritte
- Analyse der bestehenden Planung
Zu Beginn des Projekts wurde eine kritische Betrachtung der bisherigen Planungsstufen am Standort durchgeführt. Schwachstellen in der Raum- und Prozessstruktur konnten frühzeitig identifiziert werden – ein entscheidender Schritt, um kostenintensive Umplanungen im späteren Projektverlauf zu vermeiden. - Zonenkonzept für saubere Produktion
MPC entwickelte ein Zonenkonzept, dass eine strukturierte Trennung von reinen und unreinen Bereichen ermöglichte. Dabei wurden saubere Materialflüsse definiert, sodass kritische Bereiche zuverlässig vor Partikeleinschleppung geschützt wurden. Dies trägt nachhaltig zur Sicherung von Produktqualität und Prozesssicherheit bei. - Prozessentwicklung nach Produkttypen
Für verschiedene Produkt-Cluster wurden maßgeschneiderte Prozessschritte definiert. So entstanden saubere, effiziente und skalierbare Prozessketten. Die Definition dieser Schritte ermöglichte eine präzise Taktung, reduzierte Verschwendung und erhöhte Wiederholgenauigkeit. - Risikobasierte Szenarien für Reinraumbereiche
MPC setzte auf eine risikobasierte Szenarienplanung, um potenzielle Engpässe oder Fehlerquellen im Reinraum frühzeitig zu erkennen. Dies ermöglichte gezielte „Clean-but-Lean-Maßnahmen“, mit denen Überdimensionierung (Overengineering) vermieden und Ressourcen effizient eingesetzt wurden.
Ganzheitliche Planung: Integration, Automatisierung, Lieferantenauswahl und Know-how-Transfer
Im Rahmen des Projekts wurde besonderer Wert auf die ganzheitliche Integration aller Maßnahmen in das übergeordnete Fabriklayout gelegt. Sämtliche Prozessoptimierungen – von Materialdurchsätzen über Pufferzonen bis hin zum Personalbedarf (FTE) – wurden in detaillierte Layouts überführt und systematisch in das Fabrikmodell eingebettet. Dabei wurde auch die Anbindung an vorgelagerte Sauberkeitszonen präzise geplant, um einen durchgängigen Reinraumstandard zu gewährleisten.
Ein weiterer zentraler Hebel zur Effizienzsteigerung war die gezielte Automatisierung kritischer Prozessschritte. Auf Basis fundierter Prozessdaten wurden verschiedene Automatisierungsszenarien simuliert, um das Einsparpotenzial bei OPEX und CAPEX zu identifizieren. Besonders in den Bereichen Materialhandling, Transport und Verpackung konnten durch Automatisierung deutliche Kostenreduktionen erzielt werden.
Zur Absicherung der Investitionen unterstützte MPC den Kunden zudem bei der Auswahl und technischen Bewertung geeigneter Lieferanten. Mithilfe einer strukturierten Marktrecherche und der Erstellung klar definierter Lastenhefte wurde sichergestellt, dass sämtliche Anforderungen der Reinraumtechnik erfüllt wurden. Die anschließende Angebotsprüfung trug maßgeblich zur Vermeidung von Fehlinvestitionen bei.
Ein besonderes Alleinstellungsmerkmal war der erfolgreiche Transfer von Reinraum-Know-how aus der Medizintechnik und Pharmaindustrie. Dieses konnte gezielt auf die Anforderungen der Batterieproduktion adaptiert werden, wodurch der technologische Standard signifikant angehoben und gleichzeitig das Vertrauen in die neuen Prozesse auf Kundenseite gestärkt wurde.
Im späteren Projektverlauf unterstützte MPC zudem bei der kritischen Nachschärfung wichtiger Planungsprämissen, wie beispielsweise der Definition der Handling Units pro Ladungsträger, der Frequenz von Materialbewegungen sowie der Stellplatzbedarfe im Reinraum. Diese gezielten Anpassungen führten zu einer nochmals verbesserten Prozesseffizienz und einer optimalen Nutzung der verfügbaren Flächen.
Ergebnis: Skalierbare, effiziente und sichere Reinraumproduktion
Das Ergebnis der Zusammenarbeit ist eine effiziente und skalierbare Reinraumproduktion, die alle Anforderungen an Qualität, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit erfüllt. Der Kunde profitiert heute von:
- Kostenoptimierten Prozessen ohne Overengineering
- Hoher Anlagenverfügbarkeit und niedriger Fehlerquote
- Skalierbarkeit für zukünftige Produktionsausweitung
- Klaren Material- und Personalflüssen
- Investitionssicherheit durch validierte Planungsgrundlagen
Fazit: Erfolgsfaktor ganzheitliche Fabrik- und Reinraumplanung
Die Projektreferenz zeigt: Erfolgreiche Batterieproduktion in Reinräumen gelingt nur mit einem ganzheitlichen Ansatz – von der sauberen Planung über die Lieferantenauswahl bis zur konkreten Umsetzung.
MPC Munschek Process Consulting GmbH liefert mit seiner Expertise in Reinraumtechnik, Prozessentwicklung und Automatisierung einen entscheidenden Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit moderner Batteriehersteller. Dank des systematischen Vorgehens konnten nicht nur die Produktqualität und Prozesssicherheit erhöht, sondern auch Kosten reduziert und Fehlinvestitionen vermieden werden.