Sauberkeit bei der Herstellung von Batterien für die E-Mobilität und Batterie-Energiespeichersysteme ist unerlässlich, um die Fertigung hochwertiger Produkte zu gewährleisten, die sicher, zuverlässig und effizient sind. Angesichts des weltweiten Trends zur Elektrifizierung und der Verknappung von Rohstoffen kommt zudem hohen Prozessausbeuten eine besondere Bedeutung zu.
Verunreinigungen im Herstellungsprozess können zu einer verminderten Leistungsfähigkeit des Moduls führen. Dazu gehören eine unzureichende Ladungsdichte, eine verkürzte Nutzungsdauer und in Extremfällen ein thermischer Durchgang.
Batteriemodule müssen zudem langlebig sein und auch unter rauen klimatischen Bedingungen funktionieren. Sie müssen konstruktiv stabil sein, um im Falle eines Unfalls katastrophale Ausfälle zu vermeiden. Verunreinigungen können zu einer verminderten Haftfestigkeit, mangelhaften Schweißnähten oder einer unvollständigen Umgebungsabdichtung führen.
Die Ursachen für Verunreinigungen können vielfältig sein und umfassen Öle und Fette, die aus früheren Fertigungsschritten zurückbleiben, Verunreinigungen aufgrund mangelhafter Verpackung und des Transports der einzelnen Zellen durch einen Lieferanten oder Partikel, die bei den Montageschritten selbst entstehen.
Was muss gereinigt werden?
Zu den gängigen Anwendungsbereichen in der Herstellung von Batteriemodulen gehören unter anderem:
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- Entfernung von Oxiden von der Kathode und Anode der Batterie sowie von den Sammelschienen zur Verbesserung der Schweißbarkeit und des Stromflusses.
- Reinigung des Gehäuses und der Einfassung zur Entfernung von Ölen und Rückständen vor dem Verschließen, wodurch der Schutz vor dem Eindringen von Umgebungsmedien verbessert wird.
- Reinigung vor dem Schweißen von Dichtungsnägeln für die Zellfertigung.
- Bei prismatischen Zellen: Reinigung und Aktivierung der Zellseiten zur Verbesserung der Haftung von elektrischen und thermischen Isolatoren.
- Reinigung der Kontaktlaschen / Stromabnehmer zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit.
- Reinigung der Klebeflächen für Temperaturüberwachungssensoren im Batteriemodul.
- Reinigung der Oberflächen von Wärmetauschern an elektrischen Bauteilen im Batteriemanagementsystem (BMS).
- Oberflächenreinigung für Etikettieranwendungen.
- Oberflächenreinigung zur Montage auf der Kühl- (oder Heiz-)Platte des Batteriemoduls.
- Reinigung der Kontaktflächen zwischen den Modulen und dem Gehäuse des Akkupacks, um eine ordnungsgemäße Wärmeableitung zu gewährleisten.
Wie sauber muss es sein?
Um diesen Bedenken Rechnung zu tragen, haben Hersteller von Kfz-Batterien die Norm ISO 16232 als internationalen Standard zur Bewertung der Sauberkeit übernommen, während viele Hersteller die Normen VDA 19.1 und VDA 19.2 des Verbandes der Automobilindustrie (VDA) anwenden, die detailliertere Vorgaben enthalten. VDA 19.1 ist die Standardpraxis für die Prüfung und Messung von Verunreinigungen, während sich VDA 19.2 auf Fertigungs- und Montageprozesse konzentriert, die darauf ausgerichtet sind, Verunreinigungen zu verhindern.
Das technische Ziel der Reinigung besteht darin, so viel wie nötig zu reinigen, aber nicht mehr als nötig; so sauber wie nötig, nicht so sauber wie möglich.
Bewertung der Sauberkeit: Umbei der Umsetzung von Reinigungsmaßnahmen und -verfahren erfolgreich zu sein, werden Hersteller verschiedene Einflussfaktoren im Fertigungsprozess bewerten, darunter:
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- Umwelt
- Logistik und Verpackung
- Personal
- Verfahren und Montagevorrichtungen
Umweltbewertung: Die Umweltbewertungkann die Installation von Partikelfiltern im gesamten Produktionsbereich umfassen, um Umweltverunreinigungen zu erfassen und zu analysieren sowie lokale Hotspots zu identifizieren, an denen Korrekturmaßnahmen ergriffen werden müssen.
Logistik und Verpackung:Auch Logistikund Verpackung können eine Rolle spielen, beispielsweise durch Kartonflocken und Staub, die während des Transports entstehen. Die Teile selbst können zudem verschmutzt sein, wenn die Lieferanten keine ausreichende Qualitätskontrolle oder ungeeignete Reinigungsverfahren anwenden.
Prozessanlagen: Prozessanlagenselbst können aufgrund von Vibrationen oder verschlissenen Bauteilen Partikel abgeben. Schmierstoff-, Fett- und Kühlmittelrückstände aus Werkzeugmaschinen können bearbeitete Bauteile verunreinigen, oder es können Chemikalien wie Trennmittel vorhanden sein.
Design für Sauberkeit: Bereits zu Beginndes Prozesses muss die Sauberkeit berücksichtigt werden, um ein Moduldesign zu ermöglichen, das auf Sauberkeit ausgerichtet ist. Aspekte wie beispielsweise die Vermeidung von Ecken und Kanten, in denen sich Späne aus dem Bearbeitungsprozess vorübergehend ansammeln könnten, lassen sich leicht durch entsprechende Konstruktionsmaßnahmen vermeiden.
Mitarbeiterschulung: Die Schulungder Mitarbeiter im Bereich Sauberkeit kann einen wesentlichen Beitrag zur Qualitätsverbesserung leisten. Die Schulung würde sich dabei sowohl auf die Standards für Lieferanten beziehen als auch an die Standards für den Endkunden sowie an die Normen VDA 19 und ISO 1632 anpassen.
Die Schulung würde sich vor allem auf Fabrikarbeiter konzentrieren, die mit den Materialien umgehen und Montagearbeiten ausführen. Die Mitarbeiter müssen über das Konzept der technischen Sauberkeit informiert und dafür sensibilisiert werden.
Häufig setzen Hersteller auf Automatisierung, um die bei manuellen Prozessen auftretenden Schwankungen zu beseitigen.
Bewertung der Sauberkeit in der Produktion:
Die Überprüfung und Bewertung von Produktionsanlagen ist unerlässlich. Anlagen, insbesondere Bauteile, die mit den Werkstücken in Kontakt kommen, müssen einer praktischen Begutachtung unterzogen werden, potenzielle Schwachstellen müssen identifiziert und Korrekturmaßnahmen ergriffen werden.
Ein Mitarbeiter überprüft Probenfallen auf Verunreinigungen
Festlegung von Grenzwerten und Erstellung von Spezifikationen
Sobald die Kontaminationsquellen identifiziert sind, kann die Festlegung von Grenzwerten mithilfe statistischer Methoden und kundenspezifischer Richtlinien erfolgen, um Spezifikationen wie den technischen Reinheitsgrad, geeignete Prüfgeräte, Methoden und Verfahren zu definieren.
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- Ermittlung der erforderlichen Anforderungen anhand kundenspezifischer Normen und Spezifikationen
- Angabe der Methode und der Parameter
- Entwicklung des Prozesses
Erzielung sauberer Teile
Zwar lässt sich die Sauberkeit zwar überwachen und messen, doch letztendlich gelangen Partikel und organische Verunreinigungen in die Produktionslinie, sodass die Reinigung der Teile unerlässlich ist, um ein hohes Qualitätsniveau zu erreichen. Technologien wie Strahlmittel, Trockeneisstrahlen und chemische Verfahren stehen zwar zur Verfügung, lassen sich jedoch nicht besonders gut an großvolumige Inline-Produktionsprozesse anpassen.
Gerade hier kann sich die Laserbearbeitung als wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung bewähren. Zu den gängigen Anwendungen der Laserreinigung gehören:
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- Reinigung von Verunreinigungen wie Rost, Öl und Verbrennungsrückständen
- Ablösen von Beschichtungen wie Farbe, E-Coat, Keramik und Oxyden
- Verbesserung der Haftung durch Vorbereitung von Oberflächen zum Schweißen, Verbinden, Lackieren und Beschichten
- Verbesserung der Haftung durch Reinigung vor dem Verkleben oder durch Oberflächenstrukturierung.
- Verlängerung der Lebensdauer der Beschichtung durch Vorreinigung vor dem Auftragen von Teilebeschichtungen
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass für die Herstellung hochwertiger Produkte, die sicher, zuverlässig und effizient sind, saubere Materialien erforderlich sind. Das Verständnis der Kontaminationsquellen, die Festlegung von Kontaminationsgrenzwerten und die Konzentration auf das Ziel, so viel zu reinigen, wie erforderlich ist – nicht mehr als nötig; so sauber wie nötig, nicht so sauber wie möglich – können zur Herstellung qualitativ hochwertigerer Produkte führen und gleichzeitig Ausschuss und Nacharbeit reduzieren.
Ob beim Schweißen, Kleben oder Abtragen von Beschichtungen – Laserverfahren sind eine ideale Lösung, die sich problemlos in die Serienfertigung integrieren lässt. Sie bieten:
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- Ein berührungsloses Verfahren, das äußerst flexibel, hochselektiv und präzise ist und es ermöglicht, dass der Laser nur den gewünschten Bereich reinigt und Schritte wie das Abkleben überflüssig macht.
- Schnelles Verfahren; je nach den zu entfernenden Verunreinigungen können Laser Hunderte von Quadratzoll pro Sekunde reinigen.
- Die Lasereinreinigung ist sicher und nachhaltig und macht den Einsatz von Schleifmitteln oder chemischen Lösungsmitteln überflüssig, wodurch die Handhabung und Entsorgung gebrauchter Schleifmittel oder Chemikalien entfällt.
- Lässt sich leicht automatisieren und in die Fertigung integrieren.
Das Ergebnis sind hochgradig reproduzierbare Fertigungsprozesse, die die Produktqualität und die Produktionsausbeute verbessern und gleichzeitig umweltfreundlich sind.
Erste Schritte mit einer Laserlösung
Sprechen Sie mit einem unserer Experten für Laserreinigung, um mit der Auswahl des richtigen Systems zu beginnen, mit dem Sie die Qualität, Zuverlässigkeit und Produktionseffizienz Ihrer Batterien steigern können.
