Gyűrűs kesztyűk az akkumulátorokhoz

A különleges fogó STGG megragadja és elhelyezi az anódot anélkül, hogy megkörnyezné az érzékeny grafitszövetet. (Kép: J. Schmalz GmbH)

Magas szívóerő alacsony vákuummal: A speciális fogó STGG-t vékony szeparációs fóliák kezelésére is használják. (Kép: J. Schmalz GmbH)

A könnyűszerkezetes SLG fogó SFF-szívókkal zsebcellákat kezel. A strukturált szívókák megakadályozzák a ház fóliák mélyhúzását. (Kép: J. Schmalz GmbH)

Hengeres Li-ion akkumulátorokat elsősorban szórakoztató elektronikában és elektromos kerékpárokban használják. Schmalz egyedi végződéseket fejleszt – a mennyiség, méret és elrendezés szerint. (Kép: J. Schmalz GmbH)

A FQE lapátfogó energiahatékony, integrált vákuumgenerátorral kerül alkalmazásra az akkumulátorcella- és akkumulátormodul-házak alkatrészeinek kezelésében. (Kép: J. Schmalz GmbH)

Dr. Maik Fiedler, a Vakuum-Automation és Vakuum-kezelés üzletág vezetője a J. Schmalz GmbH-nál. (Kép: J. Schmalz GmbH)

Felületeket festesznek, hajlanak és vágják – az út keménynek hangzik, amit a réz- és alumíniumfóliáknak végig kell járniuk, amíg az anód és a katód szerepét betölthetik egy akkumulátorban. Ezért a kezelést a gyártási lépések között olyan finoman kell végezni – hogyan sikerül ez?

Már 2009 óta támogatja a kormány az elektromobilitást. A akkumulátortechnológia fejlesztése és gyártása is előrehalad: a gazdaság és a politika azon dolgozik, hogy a know-how-t a fejlesztésre és gyártásra bővítsék. Az, hogy Németországban gazdaságosan megvalósítható az akkumulátorcella-gyártás, megerősítette Dr. Michael Meister, a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium parlamenti államtitkára 2021-ben a „Batterieforum Deutschland” rendezvényen. Német autógyártók hírei a kooperációkról, saját kutatólaborokról és tesztüzemekről a sorozatgyártáshoz mind ezt megerősítik. Az elektromos autók mellett az akkumulátorok a mindennapokban is fontosak. A csavarhúzótól az elektromos kerékpárokon át a okostelefonokig – a „to go” energia már nem hagyható ki. Ugyanolyan fontos a rögzített alkalmazás, például a megújuló energiák tárolására.

Minden alkalmazás saját követelményeket támaszt az akkumulátortechnológiával szemben. Azonban a gyártás szempontjából a későbbi felhasználás másodlagos – itt minden esetben a legnagyobb gondosság és precizitás kell, hogy összhangban legyen a versenyképes cellagyártással. Ebben elengedhetetlenek azok a kis segédberendezések, amelyek lehetővé teszik az érzékeny katódok, anódok, szétválasztók és pouchcellák kíméletes szállítását: a speciális fogók és végszerkezetek a J. Schmalz GmbH-tól.

Porból pouchba

Két paszta és két fémfólia alkotja minden hajtóakkumulátor alapját. Az anódhoz grafitmasszát visznek fel egy rézfóliára. A katód alumíniumfóliából készül, amelyre egy nikkel-, kobalt-, mangán- és lítium-oxid keveréket visznek fel. A kétoldalasan bevont fóliákat szárítják, kalanderezik és méretre vágják. Most már készek a rétegezésre. „Ajánljuk ehhez a speciális fogókat, az STGG-t, mivel ezek dinamikusan kezelik az érzékeny fóliákat,” magyarázza Dr. Maik Fiedler, a vákuum-automatizálás és vákuum-kezelés üzletágvezetője. Az STGG váltakozva fogja az anódot, szétválasztót, katódot és ismét szétválasztót, hogy egymásra helyezze azokat. A sebesség itt ugyanolyan fontos, mint a precíz pozícionálás. A fogónak nem szabad nyomokat hagynia, és nem szabad szennyeznie az érzékeny bevonatot. „A megoldásunk neve PEEK,” mondja Dr. Fiedler. A Schmalz a kémiailag rendkívül ellenálló polieter-éter-ketonból készít egy szívólapátot sok apró lyukkal, amely teljes felületen fog. A sík felület csökkenti a felületi nyomást. Az aktív kifúvó funkció az STGG-ben felgyorsítja a Pick & Place folyamatot, miközben a magas térfogatáram megakadályozza a részecskék visszakerülését az elektródán. Egy pneumatikus vákuumgenerátor, mozgó alkatrészek nélkül, tiszta és száraz környezetben teszi alkalmassá a speciális fogót.

Ugyanígy fontos a speciális fogó az érzékeny szétválasztó fóliák különválasztásához és elhelyezéséhez. A szétválasztók általában nagyon finom pórusú, hajlékony műanyagokból vagy szövetekből készülnek. Ezek térben elválasztják az anódot és a katódot, megakadályozva az rövidzárlatot. Egyidejűleg átjárhatóak a pozitív lítium-ionok számára, amelyek az elektromos töltés során az anódról a katód felé áramlanak, és töltéskor visszafelé. „Az STGG magas térfogatárammal működik, így biztonságosan fogja a porózus anyagokat is,” magyarázza Dr. Fiedler. Az ESD-kompatibilis felület megbízhatóan vezeti el az elektrosztatikus töltést, így védve a nem kívánt adhéziótól.

Cella cella után

Miután a cellatömb készen áll, a kiálló vezetőszálakat rövidre vágják, és a tömböt pouchfóliába helyezik. Körülötte lezárva, az úgynevezett pouchcella készen áll az elektrolit befecskendezésére. „A pouchcellák érzékenyek, és semmiképp sem szabad deformálni őket a fogóval. Emellett az alkalmazástól függően változhatnak a formájuk,” magyarázza Dr. Fiedler. Minden geometriához alkalmas a könnyű szerkezetű fogó, az SLG. A Schmalz additív módon gyártja, miután az ügyfél online konfigurálta, így garantálva a rövid szállítási időket. Annak érdekében, hogy az alumínium-kompozit fólia ne húzódjon be a fogás során, strukturált szívófejeket alkalmaznak az SFF- vagy SFB1-sorozatból. Mindkét változat rácsos felületeket kombinál a szívófelületen, egy puha és különösen lapos tömítőperemmel. Ezáltal finoman, mégis magas szívóerővel foghatnak, anélkül, hogy deformálnák a pouchcella felületét.

Ugyanolyan fontos, mint az anyag, a geometria és a méret, a vákuum is. Hogyan és hol keletkezik, ez a kulcs a magas dinamikájú és egyben teljesen biztonságos kezeléshez. „A SCPM-sorozat decentralizált vákuumgenerátorai megfelelnek minden ezeknek az elvárásoknak. Kompaktak és erősek,” mondja Dr. Fiedler. Olyan kicsik, hogy közel a szívófejhez szerelhetők, így minimalizálva a teljesítményveszteséget. A kompakt szelep zár, ha nincs áram, így a fogó biztonságosan tartja az akkumulátorcellát akkor is, ha az energia kimarad. „Egy másik előny, hogy a felhasználók speciális funkciókat integrálhatnak a rendszerbe, például redundáns vákuumgenerálást vagy munkadarab-azonosítást,” egészíti ki Dr. Fiedler.

A megfelelő kezelőrendszer elhelyezi az egyes cellákat egy modulba, ahol sorba vagy párhuzamosan kapcsolják össze őket. Több modul alkot akkumulátorcsomagot, amely gyártótól és járműtípustól függően kevesebb vagy több pouchcellát tartalmaz.

Kör alakú, nem lapos

A pouchcellák előnye, hogy laposak, így jól vezetik a hőt. Sokoldalúak, és optimálisan kihasználják a rendelkezésre álló térfogatot az akkumulátormodulban. Hátrányuk: a burkolat érzékeny, és nem védi az anódokat, katódokat és szétválasztókat mechanikai behatások ellen. Emellett fennáll a veszély, hogy például az öregedési folyamatok miatt megduzzadnak. Ezért néhány elektromos autóban, szórakoztató elektronikában, elektromos kerékpárokon és szerszámokon gyakran alkalmaznak hengeres, kemény tokos cellákat. „A kör alakú cellák kezeléséhez az alkalmazóknak olyan fogókat kell kínálnunk, amelyeket szabadon konfigurálhatnak. Attól függően, mekkora az egyes cellák átmérője, milyen elrendezésben és hányat kell fogni,” írja Dr. Maik Fiedler. „A 3D-nyomtatásnak köszönhetően ez könnyen megoldható a gyártás első darabjától kezdve.” Ha a felhasználó a nyomásmentes speciális anyagból, az HT1-ből készült szívófejet választja, közvetlenül a pólusnál foghatja meg a cellákat – az anyag egyben szigetelőként is működik. Így a töltött cellák is biztonságosan pozícionálhatók. Itt is fontos a magas térfogatáram a gyors és tiszta pick-&-place folyamat érdekében. „Az integrált vákuumgenerátorok ebben kiemelkedően teljesítenek. Az ejektorok biztonsági szeleppel vannak ellátva, amelyek áram nélkül is fenntartják a vákuumot, így biztosítva a kezelést,” egészíti ki Dr. Fiedler. Ha a kör alakú cellákat hosszában kell fogni, a Schmalz a SGM mágneses fogót ajánlja, magas teljesítményű változatban. Itt egy állandó mágnes biztosítja a kezelést. „Kompaktak, könnyűek, és mégis magas tartóerőt fejtenek ki,” sorolja fel Dr. Fiedler az előnyeiket. Ezek akkor fogják meg, amíg a cella ferromágneses anyagból készült.

Vég – teljesen automatikus vagy kézi

Most már majdnem kész: a fóliákból cellák lettek. A cellákat modulokba szervezik, amelyek ezután akkumulátorcsomagokká kapcsolódnak, és hűtőlemezekkel, kábelekkel, elektronikával egészítik ki őket. „A rugalmasság itt kiemelkedően fontos. A tárológeometria ugyanúgy változhat, mint a felületi struktúrák,” magyarázza Dr. Maik Fiedler. Bár a modulok nehezek, a fogónak nem szabad sérülnie – ehhez a vákuum nyújt segítséget. A FQE lapos fogó moduláris, és ideális teljesen automatizált pick-&-place alkalmazásokhoz. Ugyanilyen sokoldalú a FMP lapos fogó is. Tömítőhabja alkalmazkodik a strukturált felületekhez is. Mindkettő energiatakarékos, beépített vákuumgenerátorával alacsony működési költséget biztosít.

A nem automatizált munkafázisokban a kézi emelést segítő eszközök, például a JumboFlex vákuumos emelő tehermentesítik a szerelők munkáját. Ez lehet a hűtőmodul vagy a fedőlap, amelyet kézzel kell a cella házára helyezni. Extra biztonságot nyújt a Safety+-vezérlőegység: a kétkezes feloldó rendszer különösen érzékeny munkadarabokat véd a lerakás során. Emellett csökkenthető a süllyesztési sebesség is. 

A cellacsomag most már készen áll a sűrűségvizsgálatra – a ház és a hűtőrendszer nem lehet szivárgó. Az akkumulátor-kezelő rendszer a legújabb szoftvert kapja, amely megfelel az autótípusnak, és az első töltés/kiürítés folyamatát szigorú felügyelet mellett végzik. Ha a kábelezés és az elektronika rendben van, és az akkumulátor-kezelő rendszer, valamint az összes alkatrész működik, akkor készen van. A figyelmeztető feliratokkal és azonosító címkékkel ellátott akkumulátorok készen állnak a szállításra. „Ez hosszú és összetett út a porból a kész energiatárolóig. Tudjuk, hogyan lehet minden egyes lépésben biztonságosan kezelni, és ügyfeleink számára testreszabott megoldásokat fejlesztünk,” mondja Dr. Maik Fiedler.