Auf der diesjährigen parts2clean in Stuttgart präsentiert die acp systems AG mit der quattroClean-Schneestrahltechnologie eine trockene und nachhaltige Reinigungslösung für verschiedene Aufgaben bei der Produktion von Lithiumionenbatterien und Brennstoffzellen. Das Verfahren, das einfach in automatisierte Fertigungsumgebungen zu integrieren ist, wird bereits bei verschiedenen Serienanwendungen eingesetzt, beispielsweise zur Reinigung der Fügestellen vor der Kontaktierung von Batteriezellen.
Ob elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder stationärer Energiespeicher, auf den Lithiumionenakku entfällt ein wesentlicher Teil der Wertschöpfung. Bei dessen Herstellung ergeben sich für die Bauteilreinigung verschiedene neue und veränderte Aufgaben.
CO2-Schnee – trocken, effektiv und klimaneutral
Für die Herstellung von Speicherelementen präsentiert die acp systems AG auf der diesjährigen parts2clean in Halle 4, Stand B 04 mit der einfach in die automatisierte Fertigung von Akkumulatoren und Brennstoffzellen integrierbaren quattroClean-Schneestrahltechnologie eine trockene, effektive und vergleichsweise kostengünstige Reinigungslösung. Sie ermöglicht es, partikuläre Verunreinigungen bis in den Submikrometerbereich und filmisch-chemische Kontaminationen sowohl ganzflächig als auch partiell prozesssicher und reproduzierbar von Oberflächen zu entfernen. Reinigungsmedium ist flüssiges, nicht-korrosives Kohlenstoffdioxid (CO2), das in chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht und daher klimaneutral ist.
Eingesetzt wird das Verfahren bereits bei verschiedenen Anwendungen in der Serienproduktion von Lithiumionenbatterien. Dazu zählt die Reinigung der Kontaktflächen von Batteriezellen – prismatische, zylindrische (Rund-) oder Pouchzellen – und Leadframes beziehungsweise der Bondflächen bei Leiterplatten. Da selbst minimale Verunreinigen auf den Verbindungsflächen zu einer unzureichenden Kontaktierung führen können, ist die zuverlässige Entfernung partikulärer und filmischer Kontaminationen unter Leistungs- und Sicherheitsaspekten ein Muss.
Bei der Herstellung von Wasserstoff-Luftsauerstoff-Brennstoffzellen kommt das trockene Verfahren ebenfalls zum Einsatz. Eine Anwendung dabei ist die Reinigung von Bipolarplatten aus Edelstahllegierungen nach der Laserbearbeitung. Dabei verbleiben Schmauchspuren auf den Oberflächen, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen und deshalb vollständig zu entfernen sind. Die trockene und rückstandsfreie Abreinigung partikulärer und filmischer Kontaminationen aus Vorprozessen wie dem Stanzen zählt ebenfalls zu den Einsatzbereichen des Verfahrens.
Die gute Reinigungswirkung des quattroClean-Systems basiert auf dem speziellen Design der verschleißfreien Zweistoff-Ringdüse. Durch diese wird das flüssige Kohlenstoffdioxid geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen Partikeln. Sie werden durch einen separaten Druckluftmantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen des gut fokussierbaren Reinigungsstrahls auf die zu reinigende Oberfläche sorgen die vier Wirkmechanismen (thermischer, mechanischer, Lösemittel- und Sublimationseffekt) dafür, dass Verunreinigungen zuverlässig entfernt werden. Sie werden durch die aerodynamische Kraft der Druckluft von der Oberfläche weggeströmt und von der integrierten Absaugung aus dem Reinigungsmodul ausgetragen. Da das kristalline Kohlenstoffdioxid während der Reinigung vollständig sublimiert, sind die Oberflächen beziehungsweise die gesammten Teile trocken und können direkt dem nächsten Schritt der Fertigungskette zugeführt werden.
Flexibel in die Fertigung integrierbar
Die Skalierbarkeit und geringer Platzbedarf des quattroClean-Reinigungssystems ermöglichen, dass es nahezu in jedem Bereich einer automatisierten Batterie- oder Brennstoffzellenfertigung integriert werden kann. Prozessvalidierung und -auslegung erfolgen kunden- und anwendungsspezifisch durch Versuche im acp-Technikum. Für eine gleichbleibend hohe Prozessstabilität überwacht ein Sensorsystem die Strahlkonsistenz jeder Düse. Auch werden die Düsen hinsichtlich der Zufuhr von Kohlenstoffdioxid, Druckluft und Strahldauer überwacht. Die ermittelten Werte werden automatisch gespeichert und können mittels üblicher Schnittstellen an ein übergeordnetes System zur Erfassung aller Produktionsdaten übermittelt werden.
Text zum Titelbild: Saubere Kontaktstellen sind bei der elektrischen Verbindung der Batteriezellen mit dem Ableiter, hier ein Leadframe, entscheidend für eine hohe Energiedichte und die sichere Funktion des Akkus
(Bild: Shutterstock/Sergii Chernov)
Der quattroClean-Strahl entfernt partikuläre Verunreinigungen bis in den Submikrometerbereich und filmische Kontaminationen prozesssicher und reproduzierbar (Bild: acp systems AG)
