Armasuisse Funk Akkus – Industrialisierung von drei Funk-Akkus
- Michael michael.ruhstaller@ceka.ch
- 25. März
- 3 Min. Lesezeit
Aktualisiert: 3. Apr.
Vom Konzept zur Serie innerhalb eines Jahres
Anfang 2024 starteten wir mit der Konzeptphase für drei Typen von Funkgerät-Akkus für den Armeeeinsatz. Die wichtigsten Themen in der Entwicklung der Akkus als Nachfolgelösung für eine bestehenden Akkulinie waren:
Konzeptherausforderungen: Bessere Recyclierbarkeit, eine höhere mechanische Widerstandsfähigkeit zu reduzierende Produktionskosten
Setup: Zusammenarbeit im interdisziplinären Team (Engineering-Kernteam, Unterstützung durch Produktion und Betriebsmittelbau) mit neuen Partnern
Technische Besonderheiten am Akku:
Verkleben mittels eigenentwickeltem Kleberoboter → Dichtung und recyclebar
Reduziertes Handlöten → Einsatz von Flexprints zur Verkabelung
Die wesentlichen Ergebnisse
Ende 2023 konnten wir den Zuschlag für das Projekt MIL-Akku im Ausschreibungsverfahren gewinnen. Wesentliche Zielsetzung: Die Produktion von drei Akkutypen ab 2025 mit fünfstelligen Jahresstückzahlen. Die bestehende Akku-Konstruktion sollte dabei grundlegen erneuert werden.
In der Zwischenzeit stehen wir kurz vor Start der Serienproduktion und haben die 0-Serienproduktion der Akkus erfolgreich durchgeführt.
Die Akkus erfüllen verschärfte Anforderungen an die Dichtheit nach Schutzklasse IP54 und können trotz der dafür notwendigen Verklebung repariert werden. Der Aufbau der Akkus wurde grundlegend überarbeitet und basieren auf den neusten Fertigungstechnologien.
Das Projekt war wichtig für uns, um unser Know-How im Bereich von anwendungsspezifischen Akkus weiter auszubauen. Weiter schätzen wir die grosse Chance, mit Armasuisse einen starken Partner gefunden zu haben.
Projektablauf
Konzeptentwicklung
Während der ersten Projektphase traten unerwartete Herausforderungen auf, die das Design nochmals komplexer machten als ursprünglich vorgesehen. Ein Wechsel des Zellenlieferanten führte zu grösseren Zelldurchmessertoleranzen, wodurch eine kompaktere Lösung für die Zellkontaktierung gefunden werden musste. Diese Einschränkung erforderte innovative Ansätze in der Verkabelung. Insbesondere entschieden wir uns für den Einsatz von Flexprints anstelle von herkömmlichen Litzen zur Verbindung der Zellen und Kontakte. Diese Lösung ermöglichte eine effizientere Raumnutzung und verbesserte die Montagefreundlichkeit massgebend.
Konzeptbewertung aus der Basisentwicklung
Das Lastenheft gab als Anforderung die Erfüllung der Testanforderungen nach Militär-Standard 810 vor. Diese setzen neben verschiedener Schock- und Vibrationstests auch einen Falltest von über 1.2 Metern auf Beton voraus. Anforderungen, welche bis zu nur mit einem vollverklebten Akku erfüllt werden konnten. Um neben diesen Testanforderungen auch eine Demontierbarkeit und Reparaturfähigkeit der Akkus sicherzustellen, mussten wir neuartige Lösungen für die Zelllagerung im Kunststoffgehäuse finden. Wir entschieden uns für einen Zellkäfig, welcher über die geeignete Materialwahl die geforderten Dämpfungseigenschaften erbringt und so das Gehäuse entlastet.
Um den engen Zeitplan einzuhalten, wurden für alle drei Akkus verschiedene Dichtungskonzepte teilweise parallelisiert auskonstruiert und getestet, um mit Abschluss der Basisentwicklung die Konzeptdefinition abzuschliessen.
Prototypenentwicklung
In der Basisentwicklung mit einer Dauer von ca. 3 Monaten wurden alle Grundlagen für den Start der Konstruktionsdetaillierung gelegt. Ein wichtiger Teil dieser zweiten Phase stellt die Auskonstruktion der Kunststoffbauteile dar. Dabei mussten wir immer wieder Fokus auf die kompakten Aussenabmessungen der Akkus legen, welche eine Minimierung der Wandstärken und eine gezielte Verstärkung durch geeignete Verrippungen verlangten. Alle Akku-Eigenschaften wurden vor der Werkzeugbeschaffung nach Möglichkeit mit dem Aufbau von Prototypen abgetestet und durch den Kunden beurteilt / freigegeben.
Erste Prototypen des Zellpakets mit Flexprint-Verkabelung
Werkzeugbeschaffung als wichtige Disziplin
Trotz zahlreicher Prototypentests lassen sich viele mechanische Anforderungen erst mit dem finalen Serienmaterialien und entsprechenden Bauteilen aus den Serienwerkzeugen beurteilen. Damit müssen verschiedene Risiken mit in die investitionsintensive Beschaffungsphase weitergezogen werden. Diesen Risiken begegneten wir mit einer gezielten Vorbereitung der Werkzeugkonstruktion für mögliche Optimierungsschlaufen. Mit beispielsweise Werkzeugeinsätzen konnten partielle Verstärkungsrippen nachträglich noch verhältnismässig kostengünstig ins Werkzeug eingebracht werden und so die Konstruktion auch nach dem Werkzeugaufbau iterativ optimiert werden.
Ein komplexer Mix an Fertigungstechnologien
So trivial die Aussenform der Akkus daher kommt, so aufwendig ist die Mischung an verschiedenen Fertigungstechnologien, welche wir für einen effizienten und leistungsoptimierten Aufbau gewählt haben. Folgend eine Übersicht:
Kunststoffgehäuse und Zellhalterungen aus Kunststoff-Spritzguss
Verpresste Messing-Kontakte direkt vernietet mit Flex-PCB (Flexprint)
Verkabelung der Akkukontakte per Flex-PCB inkl. integrierter Widerstände
Kontaktblech-Befestigung per Heissverstemmen
Punkt-geschweisste Akkuzellbleche (teilautomatisiert)
Dicht-Verklebung der Akkudeckel
Laser-beschriftete Typenschilder
Serienproduktion
Das Verkleben und Schweißen erfolgt mithilfe speziell eigenentwickelter Klebe- und Schweißroboter. Diese Automatisierungen ermöglicht höchste Präzision, gleichbleibende Qualität und eine effiziente Produktion.
Als letzter wichtiger Schritt in der Produktion erfolgt die elektrische Funktionsprüfung jedes einzelnen Akkus (Lade- / Entladeprüfung) vor der Typenschildbeschriftung und der Verpackung. Alle Akkus gehen anschliessend ohne weitere Prüfung direkt an den Endnutzer.
Die nächsten Schritte
Ende März 2025 wurde der Aufbau der Produktionslinien für drei Funkgeräte-Akkus abgeschlossen. Die Serienproduktion soll unmittelbar darauf starten.
Wichtigste Learnings und Technologien
Trotz des engen Zeitrahmens konnten wir die Projektziele termingerecht umsetzen und unsere Erfahrung in der Geräteentwicklung auf diese Akkuanwendung übertragen. Einerseits half uns das Know-How aus bestehenden Akku-Projekten, anderseits das grosse Engagement des Projektteams und die Unterstützung unserer Partner.
Die Projektdurchführung für die Serienfertigung der beschriebenen drei Akkus stellt einen wichtigen Meilenstein für uns dar. Wir sind stolz, mit Armasuisse einen wertvollen Partner gewonnen zu haben und freuen uns, den Produktionsstart im Q2 2025 zu vollziehen.
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