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Foto: ACP Systems
Trocken, effektiv und klimaneutral – das sind drei Vorteile der Quattro-Clean-Technologie.

Reinigen

Trockene Schneestrahlen in der Batterieproduktion

Mittels vier Reinigungsmechanismen entfernt dieser trockene Schneestrahl sowohl Partikel als auch filmische Kontaminationen bei der Batterieproduktion.

Auf der diesjährigen Parts 2 Clean präsentiert die ACP Systems AG mit der Quattro-Clean-Schneestrahltechnologie eine trockene und nachhaltige Reinigungslösung für verschiedene Aufgaben in der Batterieproduktion. Das Verfahren, das einfach in automatisierte Fertigungsumgebungen zu integrieren ist, wird im Rahmen der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien und Brennstoffzellen bereits bei verschiedenen Serienanwendungen eingesetzt, beispielsweise zur Reinigung der Fügestellen vor der Kontaktierung von Batteriezellen.

Ob elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder stationärer Energiespeicher, auf den Lithium-Ionen-Akku entfällt ein wesentlicher Teil der Wertschöpfung. Bei dessen Herstellung ergeben sich für die Bauteilreinigung verschiedene neue und veränderte Aufgaben. Dafür präsentiert die ACP Systems AG auf der diesjährigen Parts 2 Clean mit der einfach in die automatisierte Fertigung von Akkumulatoren und Brennstoffzellen integrierbaren Quattro-Clean-Schneestrahltechnologie eine trockene, effektive und vergleichsweise kostengünstige Reinigungslösung. Sie ermöglicht es, partikuläre Verunreinigungen bis in den Submikrometer-Bereich und filmisch-chemische Kontaminationen sowohl ganzflächig als auch partiell prozesssicher und reproduzierbar von Oberflächen zu entfernen. Reinigungsmedium ist flüssiges, nicht-korrosives Kohlendioxid, das in chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht und daher klimaneutral ist.

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Verschiedene Einsatzgebiete für den trockenen CO2-Schneestrahl

Eingesetzt wird das Verfahren bereits bei verschiedenen Anwendungen in der Serienproduktion von Lithium-Ionen-Batterien. 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 Quattro-Clean-Systems basiert auf dem speziellen Design der verschleißfreien Zweistoff-Ringdüse. Durch diese wird das flüssige Kohlendioxid geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen CO2-Partikeln. Sie werden durch einen separaten Druckluftmantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.

Vier Wirkmechanismen garantieren zuverlässige Reinigung

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 Kohlendioxid sublimiert während der Reinigung vollständig sublimiert, sind die Oberflächen/Teile trocken und können direkt dem nächsten Schritt der Fertigungskette zugeführt werden.

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Foto: Shutterstock/Sergii Chernov
Einblick in die Batterieproduktion: 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.

Flexibel in die Batterieproduktion integrierbar

Die Skalierbarkeit und der geringe Platzbedarf des Quattro-Clean-Reinigungssystems machen es möglich, dass es in nahezu jedem Bereich einer automatisierten Batterie- oder Brennstoffzellenfertigung integriert werden kann. Die Prozessvalidierung und -auslegung erfolgen kunden- und anwendungsspezifisch durch Versuche im Technikum von ACP.

Für eine gleichbleibend hohe Prozessstabilität überwacht ein Sensorsystem die Strahlkonsistenz jeder Düse. Eine Überwachung der Düsen hinsichtlich CO2- und Druckluftzufuhr sowie Strahldauer erfolgt ebenfalls. Die ermittelten Werte werden automatisch gespeichert und können mittels üblicher Schnittstellen an ein übergeordnetes System zur Erfassung aller Produktionsdaten übermittelt werden.