Zellgehäuse und Deckel für Batterien effizient fertigen

Mit Fließpressen lassen sich bis zu fünfmal mehr Teile herstellen als beim Tiefziehen – und das bei deutlich höherer Material­ausnutzung. Die Göppinger Firmen­gruppe Schuler ist bekannt als Anbieter von Systemen zur Umformung von Struktur- und Karosserie­teilen aus hochfestem Stahl, Aluminium und Verbund­werkstoffen. Die Leicht­bau­techno­logie kommt auch bei Elektro­fahrzeugen zum Einsatz. Doch für die Herstellung des Kerns von Elektro­motoren bietet Schuler ebenfalls Anlagen an: für die Elektro­bleche. Darüber hinaus lässt sich das Gehäuse der Batterie, das Herzstück des Elektro­fahrzeugs, mit Lösungen von Schuler herstellen.

„Generell gibt es zwei Möglichkeiten, prismatische Batterie­zellen herzustellen“, erläuterte Markus Röver von Schuler kürzlich auf einer virtuellen Batterie-Messe des Verbands Deutscher Maschinen- und Anla­genbau, VDMA: „Entweder man beginnt mit dem Blech­band und stanzt daraus eine Platine, um durch Tiefziehen das Zell­gehäuse zu formen, oder man beginnt mit einem Stück Aluminium, das man Butzen nennt.“

Im ersten Fall können die Anwender allerdings je nach Größe der Platine und der Breite des Coils nur einen Teil des Metall­bands verwerten. „Hier ist eine Ausnutzung von 65 Prozent erreichbar, was bedeutet, dass 35 Prozent des Metalls zurück in den Schrott kommen“, verdeutlicht Röver, Leiter des Vertriebs für E-Mobilität bei Schuler. „Außerdem sind sehr viele komplexe Fertigungs­schritte erfor­derlich, wodurch die Produk­tivität sinkt, da das Teil von einer Umform­station in die andere transportiert werden muss.“

Im zweiten Prozess wird der Aluminium­butzen fast vollständig verwertet. Dank des Fließpress­verfahrens ist das prismatische Gehäuse in einem einzigen Schritt herstellbar, worauf nur noch das Abstreck­ziehen zur Erreichung der Endgeo­metrie und ein Beschnitt folgen. „Dies ist eine Lösung, die für die Massen­produktion von zwanzig oder dreißig Millionen Teilen pro Jahr wirklich geeignet ist“, betont Röver. Während bei tief­gezogenen Gehäusen eine Ausbringungs­leistung von zwanzig bis dreißig Hüben pro Minute erreichbar ist, steigt die Zahl mittels Fließ­pressen auf bis zu hundert: „Und das Kosten-Leistungs-Verhältnis ist besser, weil man weniger Bediener und eine kleinere Stell­fläche benötigt.“

Mehr als 700 verkaufte Pressen mit dieser Technologie

Beim Fließpressverfahren wird der Butzen in eine Form gepresst, wodurch das Aluminium nach hinten fließt. Schuler hat mehr als sieben­hundert Pressen mit dieser Techno­logie verkauft, bevor das Unter­nehmen vor rund vier Jahren damit begann, sie auch für die Herstellung von Batterien einzu­setzen. Die Dicke der Dose reduziert sich durch den nach­folgenden Abstreck­zieh­vorgang, der gleich­zeitig die Geometrie kalibriert. Der Beschnitt erfolgt von der Innenseite des Behälters, so dass der Grat auf der Außen­seite liegt. Auf diese Weise kann er den Inhalt beim späteren Einfüllen in die Batterie nicht beschädigen. Da zu Beginn des Prozesses ein Schmier­mittel auf den Butzen aufgetragen wurde, müssen die Dosen am Ende der Linie gewaschen und getrocknet werden. Zum Abschluss prüfen Kameras Geometrie und Ober­fläche des End­produkts.

„In unserer Forschungs- und Entwicklungs­abteilung können wir eine Simulation neuer Größen, Geome­trien und Materi­alien der Gehäuse durchführen“, fügt Röver hinzu. Schuler liefert die Produktions­linie als schlüssel­fertige Lösung inklusive der Werkzeuge, inte­grierter Steuerung und Rundum-Service. Gemäß dem Smart-Press-Shop-Konzept des Unter­nehmens ist jede der Maschinen in der Anlage mit einem Data Loft verbunden. Die Informa­tionen zur Laufzeit und aus der visuellen Inspektion können beispiels­weise für Anwendungen wie Prozess­überwachung und vorbeugende Wartung genutzt werden.

Jedes Batteriegehäuse benötigt außerdem einen Deckel, der in einem Stanz­vorgang hergestellt wird. „Das Teil an sich ist nicht sehr anspruchs­voll“, sagt Röver, „erfordert aber im nachge­lagerten Prozess viel Montagearbeit.“ Einige Schritte lassen sich jedoch in den Umform­prozess integrieren – zum Beispiel das Sicherheits­ventil: „In der Regel wird hier eine Folie aufgebracht. Man kann aber auch das Metall bei einem definierten Druck zum Auf­springen bringen: indem man eine entsprechende Geometrie in den Deckel einprägt.“ Dies ist bei hohen Geschwin­dig­keiten möglich, zum Beispiel auf einer 200-Tonnen-Presse. (Quelle: Schuler)

Link: Battery Cell Technology, Schuler-Konzern, Göppingen

Bild: Mit Fließpressen lassen sich bis zu fünfmal mehr Batterie­zellen pro Minute herstellen als beim Tief­ziehen. (Quelle: Schuler)

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