BESCHICHTUNGSVERFAHREN FÜR BATTERIEZELLEN ERSETZT DIE FOLIENUMWICKLUNG

Zwei Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen revolutionieren die Batteriezellenfertigung im E-Mobility-Segment

Partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen Plasmatreat und Venjakob ersetzt aufwändige Folierung

Lokale Kompetenzen aus Ostwestfalen-Lippe (NRW) gebündelt, innovative Lösung für internationale Batteriefertigung entwickelt: Die Plasmatreat GmbH (Steinhagen) und Venjakob Maschinenbau GmbH & Co. KG (Rheda-Wiedenbrück) gestalten die Batteriefertigung durch ein neuartiges Verfahren jetzt effizienter und zuverlässiger. Für eine prozesssichere elektrische Isolierung erhalten, mit Plasma gereinigte, Batteriezellen eine spezielle Beschichtung anstelle einer aufwändigen Folienummantelung. Batteriehersteller profitieren von der räumlichen Nähe der beiden Unternehmen, die gemeinsam die Simulation von Prozessen unter praxisnahen Bedingungen und die Herstellung von Kleinserien durchführen.

Das E-Mobility-Segment sucht nach Lösungen, welche die Zuverlässigkeit von Batterien weiter steigern und die Sicherheit erhöhen. Ein Ansatzpunkt der Optimierung ist die elektrische Isolierung. Auf herkömmlichem Weg werden Batteriezellen, insbesondere prismatische Zellen, mit einer Folie ummantelt. Der Prozess ist kosten- und zeitintensiv und birgt Fehlerquellen. Jetzt gestaltet ein innovatives Verfahren die Batteriefertigung effizienter, schneller und zuverlässiger: Die Batteriezellen werden mit einem speziellen Lack, anstelle der Folierung, beschichtet. Dafür haben die Unternehmen Venjakob und Plasmatreat ihre Kompetenzen gebündelt.

Plasmatreat – perfekte Lackanhaftung durch Feinstreinigung

Plasmatreat ist Weltmarktführer für atmosphärische Plasmatechnologie und hat die Openair-Plasma Technologie entwickelt. Diese wird in diesem Fall zur Feinstreinigung der blanken Batteriezelle eingesetzt und ermöglicht einen zuverlässigen, langzeitstabilen Lackauftrag. Das Openair-Plasma wird in einer Plasma Treatment Unit (PTU) unter Atmosphärendruck mithilfe einfacher Druckluft und Strom durch speziell entwickelte Düsen punktgenau auf die Metalloberfläche der Batteriezellen aufgebracht.

Der Prozess ist im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsverfahren deutlich umweltschonender, selektiv und inlinefähig. Die Oberflächen der Batteriezellen werden dabei zuverlässig von hauchdünnen Staubschichten sowie Restspuren aus dem Produktionsprozess, z. B. Öle oder Fette, gereinigt. Dadurch lässt sich der Schutzlack lückenlos auftragen. Eine langzeitbeständige Haftung wird erzielt.

Venjakob – berührungsloses Beschichten, Fehlerquellen minimieren

Das Maschinenbauunternehmen Venjakob, Spezialist für Beschichtungslinien, hat eine vollautomatische Anlage für ein durchlaufendes berührungsloses Beschichtungsverfahren entwickelt. Hier werden die Batteriezellen in verschiedenen Formaten nach der Feinstreinigung durch Openair-Plasma mit einem 100-prozentigen UV-Lack überzogen. Ein speziell entwickelter Werkzeugträger stellt sicher, dass empfindliche Bereiche und die elektrischen Pole der Batteriezellen dabei sicher vor Overspray geschützt werden. Da der Prozess kein Greifen, Drehen oder weiteres Handling erfordert, wird das Risiko einer Beschädigung der Batteriezellen minimiert. Der berührungslose Prozess erlaubt zudem eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit. Durch die sofortige Härtung des UV-Lacks können die Zellen direkt weiterverarbeitet werden. Das beschleunigt den gesamten Herstellungsprozess der Batterien.

Innovation liegt in der Fördertechnik

Damit man auf einen Werkstückträger verzichten konnte, wurde das Gurtband mit einer erhöhten Spur versehen auf die im geringem Abstand die Zellmodule so aufgesetzt werden, dass die zu schützenden Teile, nämlich die elektrische Pole, das Entgasungsventil und der DMC-Code während des gesamten Beschichtungsprozesses sicher vor Overspray geschützt sind. Die Zellmodule werden über ein Gurt-Transportband durch den Prozess geleitet. Vor dem ersten Beschichtungsgang werden sie durch einen mechanischen Einweiser auf das nachfolgende Gurtband automatisch positioniert. In der Beschichtungskabine werden sie von fünf Seiten mittels fünf feststehenden Lackierpistolen im Durchlauf beschichtet. Kein Greifen, kein Drehen, kein Handling – und somit auch kein Risiko, die empfindlichen Zellmodule zu beschädigen. Nach dem Lackieren werden die Batteriezellen automatisch durch einen UV-Trockenkanal zum Antrocknen weitergefördert. Von dort geht es zum nächsten Beschichtungsdurchlauf und über einen Gurttransport in einen weiteren, speziellen UV-Trockenkanal. Abschließend werden die fertig beschichteten Batteriezellen über einen angetriebenen Gurtbandtransport zum Auslauf transportiert.

Erfolgreiches alternatives Herstellungsverfahren

Verschiedene Analysen bestätigen die hohe Wirksamkeit der innovativen isolierenden Beschichtung, die in Zugschertests Haftfestigkeitswerte von über 15 MPa erreicht. Den Erfolg des Projekts führen die beiden Partner vor allem auf beste Übereinstimmung in entscheidenden Aspekten zurück. Dazu zählen ein umfassendes technologisches Know-how, ein einheitlich hoher Qualitätsanspruch, die flexible Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Kundenanforderungen sowie intensive vertrauensvolle Kommunikation untereinander.

Die gemeinsamen Kunden profitieren in diesem Fall auch von der räumlichen Nähe, die es möglich gemacht hat, die Feinstreinigung und Beschichtung in einem seriennahen Prozess in Steinhagen und Rheda-Wiedenbrück darzustellen und zu evaluieren.