E-Mobilität: Möglichkeiten der Kleb- und Dichtstoffapplikation in der Batteriemodul- und Batteriepackfertigung

Bei SM Klebetechnik haben Studentinnen und Studenten die Möglichkeit, eine praxisbezogene Forschungsarbeit für ihren Bachelor- oder Master-Abschluss zu erstellen. In diesem Jahr hat sich Tobias Palmen, Student Wirtschaftsingenieurwesen Fachrichtung technischer Vertrieb im Bereich Maschinenbau FH Aachen, in seiner Bachelorarbeit mit dem Thema „Kleben und Dichten in der Batteriemodul- und Batteriepackfertigung (E-Mobilität)“ auseinandergesetzt. Im Rahmen der Forschungsarbeit in unserem hauseigenen Technikum wurde ein hochviskoses Butyl mittels unseres Spindelfassschmelzers GX 78 und des Pumpenauftragskopfs KP 81 bei der Batteriemodul- und Batteriepackfertigung appliziert. Die Versuche bestätigen die Praxistauglichkeit unserer Anlagen:

Das Abdichten der Batterie für die Anwendung in der E-Mobilität ist ein wichtiger Prozessschritt in der Fertigung. Die präzise Applikation des Dichtstoffes schützt einerseits das Innenleben des Batteriepacks vor Umwelteinflüssen und andererseits die Passagiere vor Gasen oder anderen Giftstoffen, die bei einem Defekt des Batteriepacks austreten können. Die Dichtstoffe auf Butylbasis, die für die Abdichtung der Batteriedeckel verwendet werden, haben neben einer luft- und gasabdichtenden Wirkung auch eine hohe Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen wie Salz, Steinschlag oder auch Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Oft hat man es mit Dichtstoffviskositäten von 1,5 – 3 Mio. mPa*s zu tun. Bei der Applikation dieser hochviskosen Dichtstoffe ist es trotz der hohen Viskosität wichtig, eine homogene Applikation in einem reproduzierbaren Prozess zu gewährleisten, um eine vollflächige Dichtwirkung zu erzielen. Zudem müssen Prozess- und Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 400 mm/s realisierbar sein, um den Taktzeiten in der Automobilindustrie gerecht zu werden.

SM Klebetechnik: Anlagen erfüllen breites Anforderungsspektrum bei der Batteriepackabdichtung

Durch erste Anwendungen im Bereich der Batteriepackabdichtung konnte die Anlagentechnik von SM Klebetechnik auf die Anforderungen in diesem Bereich optimiert werden. Das Ergebnis daraus ist eine anwendungsorientierte Applikationslösung, die das breite Anforderungsspektrum der Batterieabdichtung erfüllt. Für die Butylapplikation hat sich der Pumpenauftragskopf KP 81 von SM Klebetechnik mit seiner kopfseitig verbauten Zahnradpumpe bewährt. Mit dem Raupenmodul ist es durch einfaches Wechseln der Applikationsdüse möglich, verschiedene Raupengeometrien zu applizieren. Dabei sind sowohl Rundraupen mit Durchmessern von bis zu 20 mm als auch andere Raupengeometrien wie beispielsweise eine Rechteck- oder Dreiecksraupe realisierbar.

Durch die integrierte Zahnradpumpe und der dadurch sehr kurzen Regelstrecke zwischen Düsenausgang und Pumpe ist eine präzise Applikation mit minimalen Druckschwankungen während des Auftrags möglich. Weiterhin gewährleistet ein vorne abschließendes Nadelventil ein sauberes Start-Stopp-Verhalten ohne Fadenzug über das Bauteil.

Für das Aufschmelzen und Pumpen von hochviskosen Dichtstoffen werden in den gängigsten Fällen Fassschmelzer für 20 oder 200 Liter Gebinde verwendet. Dabei ist neben der Schmelzleistung auch eine entsprechende Stempelkraft des Fassschmelzers notwendig, um einen kontinuierlichen Massenfluss und optimalen Pumpenzulauf sowie Füllgrad zu erreichen. Durch ihren Spindelantrieb sind die Spindelfassschmelzer GX 78 von SM Klebetechnik in der Lage, diese hochviskosen Materialien mit einer hohen Austragsmenge zu schmelzen und zu fördern. Bei der Verarbeitung des Heißbutyls liegt die Austragsmenge des Spindelfassschmelzers bei der sechsfachen Menge (107 kg/h zu 16,8 kg/h) des pneumatischen Fassschmelzers. Grund dafür ist neben der Stempelkraft von bis zu 130.000 N auch die Hochleistungsschmelzplatte. Diese Schmelzplatten zeichnen sich durch eine Heizleistung von 19,5 kW und einer strömungsoptimierten Materialführung aus.

Versuche im Technikum bestätigen die Praxistauglichkeit

Im Rahmen der Abschlussarbeit konnten Versuche mit einem führenden Kleb- und Dichtstoffhersteller im hauseigenen Technikum von SM Klebetechnik realisiert werden. Dabei wurde ein hochviskoses Butyl mittels des Pumpenauftragskopfes KP 81 und des Fassschmelzers GX 78 in Raupenform appliziert. Die Versuche bestätigten die Praxistauglichkeit der Anlagentechnik, ebenso die Rückmeldung des Partners:

„Die Tests fanden im Technikum von SM Klebetechnik in Heinsberg statt. Das Unternehmen beschäftigt rund 60 Mitarbeiter und ist aufgrund seiner Größe ein sehr flexibler und aktiver Partner für uns.

Nach kurzer Zeit konnte mit dem Spindelfassschmelzer 200L GX7882 problemlos eine saubere Siegelnaht aufgebracht werden. Nach Einstellung der Parameter konnte auch ein simulierter Abschnitt mit engem Radius erfolgreich appliziert werden. Durch die Auswahl verschiedener Düsen und weiterer Maschineneinstellungen können nahezu alle Anforderungen hinsichtlich Einspritzmenge, Geometrie, Auftragsgeschwindigkeit etc. erfüllt werden. Die generelle Eignung des vorgestellten Systems ist damit bewiesen. SM Klebetechnik ist bereits mit Systemen im Automobilumfeld vertreten und wir haben vereinbart, dass wir bei zukünftigen Projekten, z.B. bei der Abdichtung von Batteriegehäusedeckeln, zusammenarbeiten können.

Auch für die Anwendung von reaktivem Hotmelt, z.B. für die Verklebung von Glimmerabschirmungen auf Kunststoff-Batteriegehäusen, können wir uns eine weitere Zusammenarbeit vorstellen.“

Die Versuchsreihe mit dem Heißbutyl hat zeigt, dass die von SM Klebetechnik entwickelte Applikationstechnik auch sehr hochviskose Dichtstoffe in ausreichenden Mengen schmelzen und fördern kann und damit die Anforderungen der Kunden erfüllt. Der anschließende Raupenauftrag mit dem Pumpenauftragskopf KP 81 zeigt zudem, dass auch die Applikation dieses Dichtstoffs mit der vorhandenen Anlagentechnik realisierbar ist. Mithilfe verschiedener Düsendurchmesser sowie einer veränderten Pumpendrehzahl lassen sich die Raupendurchmesser variabel gestalten.

Über SM Klebetechnik

Seit mehr als 30 Jahren macht sich SM Klebetechnik international einen Namen in der Entwicklung und dem Bau von Sondermaschinen und Standardgeräten für die Verarbeitung von Kleb- und Dichtstoffen.

Unsere Maschinen zur Heißleimverarbeitung und für Beschichtungsaufgaben werden vorzugsweise in den Bereichen Automotive, Maschinenbau, grafische Industrie, Klebebänder, als auch in der Möbel-, Bau-, Holz- und Textilindustrie erfolgreich eingesetzt. Ebenso sind unsere Aggregate in Produktionsanlagen bei Kleb- und Dichtstoffproduzenten und Compoundierern integriert. In unserem zertifizierten, inhabergeführten Unternehmen engagieren sich täglich über 60 Mitarbeiter für die Belange unserer Kunden.

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