Glatter ist besser

Der Autor: Jörn Jacobs, Fachjournalist und Inhaber der IHW Marketing GmbH, Bad Camberg

In Lithium-Ionen-Zellen wird Aluminiumfolie auf der Kathoden- und Kupferfolie auf der Anodenseite als Ableiter/Stromsammler eingesetzt. Die Folien werden zur Herstellung einer Akku-Zelle in engen Lagen gewickelt, um die gewünschte oder mögliche Energiedichte zu erreichen. Dennoch ist, wie bei allen zeitgenössischen Akkutechnologien, die Energiedichte in Relation zum Gewicht bei weitem noch nicht genug.

Ein Ansatz ist es, die Folie z. B. einer Plasmabehandlung auszusetzen, um Oberflächenenergie und Haftung der Kathodenschicht zu optimieren. Ein weiterer Ansatz ist, die Beschichtung der Aluminium- und Kupferfolien zu ändern, um die Langlebigkeit zu erhöhen und die Hitzeentwicklung durch Reduktion des Durchgangswiderstandes zu verringern. Der dritte Ansatz ist die mechanische Optimierung durch Kalandrierung, die unmittelbar für den aktuellen technischen Aufbau der Zellen einsetzbar ist als auch in Kombination mit vorgenannten Entwicklungen. Der Hintergrundgedanke ist folgender: Wenn man mittels Glättwalzen in einem Kalander die beschichteten Folien bearbeitet, sie mikrometergenau verdichtet und ihre Oberfläche glättet, erhält man einen Doppelnutzen: Zum einen wird durch die Verdichtung der Kontakt zwischen den Partikeln verbessert und der Elektronentransport optimiert. Zum anderen macht es die Glättung möglich, mehr Folienwicklungen auf gegebenem Durchmesser unterzubringen, sprich, die Volumenleistungsdichte der Akkus wird erhöht. Maschinentechnisch ist diese Aufgabe zwar machbar, aber dennoch eine Herausforderung, denn es bedarf z. B. einer Spaltgenauigkeit von ±1 μm bei Bahnbreiten von 1000 mm und Geschwindigkeiten von bis zu 35m/min. Im aktuellen Beispiel liegt der Walzendurchmesser bei 800 mm und die Linienlast bei bis zu 6000 N/mm.

Wesentlich zur Zielerreichung ist jedoch nicht nur die Genauigkeit und der hydraulische Anpressdruck der Walzen, sondern zumindest im gleichen Maße deren Temperierung, wobei die zentrale Anforderung ist, eine möglichst gleichmäßige Temperatur über die gesamte Walzenoberfläche bzw. Arbeitsbreite zu erreichen. Die Zuführung eines Wärmeträgers wie Heißwasser oder Thermo-Öl mit bis zu 200 °C aus den stationären Versorgungsleitungen in die rotierenden Walzen übernehmen Drehdurchführungen. Diese Komponenten und ihre Qualität haben einen immensen Einfluss auf die Performance des Gesamtsystems.

Punkt eins ist, dass pro Stunde viele hundert Liter Wärmeträger durch die Walzen fließen müssen, der Zufluss immer sichergestellt sein muss und mit so wenig Verwirbelung als möglich daherkommt (für die Gleichmäßigkeit der Temperatur). Punkt zwei in dieser Betrachtung ist die Standzeit, denn eine Drehdurchführung ist aufgabebedingt immer ein Verschleißteil. Hier muss es das Ziel sein, generell eine hohe Grund-Standzeit zu erreichen, sodass Wartungen der Komponente immer mit den planmäßigen Wartungen der Maschine zusammenfallen. Bei diesen Anforderungen ist leicht zu erkennen, dass hier kein Raum ist für Billigbauteile: Ein einziger ungeplanter Stillstand ist wesentlich teurer als der Mehrpreis für qualitativ hochwertige Komponenten.

Marken-Drehdurchführungshersteller wie Deublin wissen durch die ständige und enge Zusammenarbeit mit den Maschinenkonstrukteuren, worauf es in der Applikation ankommt. Insofern ist bei den Drehdurchführungsmodellen für Kalander die Auslegung der Medienkanäle angepasst, um Verwirbelungen bereits konstruktiv zu eliminieren. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Drehdurchführungen über SAE-Flansche mit den Versorgungsleitungen zu konnektieren, da andere Adaptionen häufig die Gefahr der Querschnittsverengung bergen. Der SAE-Flansch ist im Vergleich zu DIN-Flanschen kompakter und im Gegensatz zu Gewindeverbindungen nach wartungsbedingten Neuinstallationen jederzeit wieder dicht. Der Aspekt Standzeit leitet sich technisch grundlegend aus den Produktionsparametern her (Druck, Temperatur, Volumina, Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers, Drehzahl der Walzen). Innerhalb dieser Parameter lässt sich ein passendes Modell aus dem umfangreichen Produktprogramm wählen oder alternativ eine Sonderkonstruktion etablieren.

In jedem Fall weist diese das Konstruktionsprinzip entlastete Gleitringe auf. Der Begriff bedeutet, dass die Dichtungspaarung nicht mit dem Mediendruck, sondern ausbalanciert zwischen Öffnungs- und Schließkraft und geschmiert durch das Medium aufeinander läuft. Über dieses Prinzip, ergänzt durch die Oberflächenvergütung der Gleitringdichtungen mittels Feinstläppung und dem Einsatz hochfester Werkstoffe als Dichtungspaarung, wird die Reibung minimiert, folglich die Standzeit in Richtung des technisch maximal Machbaren verlängert. Deublin setzt bei anspruchsvollen Anwendungen auf den Einsatz von Membranen für die Sekundärdichtung. Im Vergleich zu klassischen Radialdichtungen trennen Membranen zuverlässig das Medium gegen die Atmosphäre. Anwender haben bestätigt, dass dies insbesondere bei Thermoöl-Anwendungen eine Leckage infolge Vercrackungen verhindert. I

Deublin

Frank Reimold, Leiter Verkauf Deutschland

Tel.: 06122 8002-0

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