Produktionsprozesse für Batteriemassen erfordern geeignete Schüttgut-Technologien für kontaminationsfreies Handling.

Produktionsprozesse für Batteriemassen erfordern geeignete Schüttgut-Technologien für kontaminationsfreies Handling. Bilder: Hecht

  • Die Herstellung unterschiedlicher Batteriebestandteile erfordert moderne Entleer- und Fördertechnologie.
  • Wichtig für die Produktqualität ist die kontinuierliche und exakte Zuführung von Rohstoffen für die Produktion von Kathoden und Anoden.
  • Die gezeigte Lösung ermöglicht Produktionsprozesse vollständig unter Containment, um Produkte und Mitarbeiter zu schützen.

Der Trend zur Elektromobilität sowie -speicherung treibt den Bedarf an Lithium und anderen Rohstoffen wie Cobalt, Nickel und Mangan – speziell bei der Batteriefertigung - voran. Bei der anspruchsvollen Produktionskette der Akkus stellt die Zuführung von Ausgangsmaterialien den ersten, aber für die Qualität des Endproduktes entscheidenden Schritt dar. Das Schüttgut-Handling spielt hierbei eine entscheidende Rolle für Lebensdauer und Leistung der Batterie. Neben dem Ex-Schutz sind entlang des Prozesses auch Containment-Aspekte zu betrachten. Dabei kommen weitere Fragen auf: Wie lassen sich Produkte schonend und sicher in den Prozess einbringen beziehungsweise austragen? Wie lässt sich ein reibungsloser Transport zwischen den einzelnen Verarbeitungsschritten realisieren? Wie handelt man Gebindetypen wie Big Bags, und beachtet gleichzeitig die OEL-Grenzwerte? Wie stellt man sicher, dass Rohstoffe staubfrei und unvermischt transportiert werden können?

Eine wesentliche Anforderung bei der Herstellung von Batteriemassen ist die gleichbleibend hohe Produktqualität. Die Rohmaterialien sind aktive Materialien, verschiedene Binder, Leitruße und teilweise Flüssigkeiten. Die einzelnen Stoffe werden oftmals in Big Bags oder Säcken von Produzenten aus der ganzen Welt zur Verfügung gestellt. Eine staubdichte Entleerung und sauberes Einführen in den Herstellungsprozess sind ebenso wichtig wie das Vermeiden von Kontaminationen des Endprodukts. Die Auswirkungen auf die Leistungsdichte der Batterien sind erheblich, eingeschleppte Fremd-Ionen aus Eisenverbindungen sind beispielsweise bei der Kathodenfertigung unbedingt zu vermeiden. Ein sinnvolles Containment, um Mitarbeiter vor toxischen und kanzerogenen Stäuben zu schützen sowie die sensiblen Produkte sortenrein zu bewahren, ist unerlässlich.

Entleerung von Batterieausgangsstoffen

Rohstofflinie in der Batterieherstellung.
Rohstofflinie in der Batterieherstellung.

Oftmals werden die Stoffe von Lieferanten überall in der Welt in Big Bags abgefüllt, um den Transport zum Einsatzort so einfach wie möglich zu gestalten. Dies erfordert auch Möglichkeiten, um die Big Bags auf eine sichere und saubere Art zu entleeren, ohne dass dabei Bediener und Produkt miteinander in Berührung kommen. Die jeweiligen baulichen und einsatzortspezifischen Gegebenheiten wie Deckenhöhe oder Raumgröße dürfen auch auf keinen Fall außer Acht gelassen werden. Big-Bag-Entleerstationen bestehen im Wesentlichen aus vier Bestandteilen:

  • Anschlusssysteme bilden die Kernkomponente für eine sichere Big-Bag-Entleerung.
  • Auflagetische fangen das Gewicht der Big Bags ab und dienen zur Absicherung bei schwebenden Lasten.
  • Gestelle dienen zum Befestigen des Anschlusssystems und der Big-Bag-Auflage.

Hubgeräte sind nötig, um Big Bags sicher anheben und über dem Anschlusssystem zum Entleeren positionieren zu können.
Anschlusssysteme wie das LAS-EC „Easy“ von Hecht ermöglichen ein definiertes, sicheres Entleeren von Big Bags mit logischem Bedienungsablauf in wenigen Schritten bis zu einem Containmentlevel von OEB 5. Mit dem genannten System lassen sich auch Spezifikationen und Wünsche des Betreibers umsetzen. Maßgeschneidert auf die Entleerprozesse und Anforderungen der verschiedenen Branchen, ermöglicht es ein leichtes, ergonomisches und vor allem sicheres Austragen von Pulvern. Damit schützt das System Bediener, Umwelt und Produkt vor Kontaminationen von außen. Das Anschlusssystem zeichnet sich durch eine hohe Arbeitssicherheit, ein einfaches Entleeren ohne den Einsatz von Hilfs- oder Verbrauchsmaterialien wie O-Ringe oder Ähnlichem aus und wird unkompliziert durch eine pneumatische Steuerung mit den drei Funktionen Andocken, Abdichten und Abdocken bedient.

Um den GMP-Anforderungen gerecht zu werden, beinhaltet das Anschlusssystem auch eine Methode zur Reinigung. Durch die Ausstattung mit WIP- und CIP-Equipment ist das komplette System hygienisch zu reinigen. Alle Systemkomponenten können je nach Wunsch mit FDA- oder Atex-Konformität bescheinigt werden. Aus den Big-Bag-Entleerstationen und -Sackeinschütten werden die Rohstoffe mittels pneumatischer Förderung völlig geschlossen zu nachgelagerten Prozessmaschinen wie Mischern oder Extrudern befördert.

Vakuumförderung für geschlossene Weiterverarbeitung

Die durch die Entleerung von Big Bags oftmals vorgegebenen hohen Förderkapazitäten meistert der von Hecht entwickelte Proclean Conveyor PCC ohne große Mühe. Das Prinzip des Förderers unterscheidet sich im ersten Anschein nur unwesentlich von den herkömmlichen pneumatischen Fördergeräten, die entweder mit Überdruck oder Unterdruck arbeiten. Der wesentliche Unterschied liegt bei der Verwendung der Filtertechnik.

Der Einsatz der Ringfiltertechnologie hat erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen Filtermethoden. Die meisten Verfahren zur pneumatischen Förderung, die in der Herstellung eingesetzt werden, sind Flugförderungen. Bei der Flugförderung wird jedoch sehr viel Förderluft benötigt, aber nur relativ wenig Produkt transportiert. Dadurch sind große Filterflächen zum Abscheiden des Luft-/Pulvergemisches nötig. Der Proclean Conveyor arbeitet nach dem Prinzip der Pfropfenförderung, die weniger Förderluft erfordert. Entsprechend kommt der Förderer auch mit einer im Vergleich kleinen Filterfläche aus, die speziell dafür gestaltet wurde und besonders langlebig ist.

An Produktion angepasste Filter

Anschlusssystem im Containmentbereich
Anschlusssystem im Containmentbereich.

Durch den Einsatz der Ringfiltertechnologie stellt der Körper des Filters eine Verlängerung des Abscheidebehälters dar. Einfacher Ein- und Ausbau sowie Hygienic Designs gehören zu den Vorteilen dieser Technologie. Darüber hinaus ist das Filtergewebe durchgängig FDA-konform. Hinzu kommt die Langlebigkeit der Filterkonstruktion und eine Beständigkeit gegen Filterdurchschläge. Die Filter sind in verschiedenen Materialausführungen erhältlich, sodass flexibel auf die Anforderungen verschiedener Produkte reagiert werden kann.

Beim Fördervorgang wird das Produkt-Gas-Gemisch durch ein Schlauch- oder Rohrleitungssystem von der Aufgabestelle angesaugt und gelangt durch die Produkteintrittsklappe in den Abscheidebehälter des Conveyors. Nach dem Eintritt in den Abscheidebehälter werden die feinen Staubpartikel an einem Ringfilter abgeschieden. Aufgrund der Schwerkraft setzt sich das Produkt im Behälter ab und füllt diesen. Nach dem Ansaugzyklus wird mittels Umkehr der Gasflussrichtung der Ringfilter per Druckluft abgereinigt. Die so am Filter festgesetzten Partikel fallen ebenfalls in den Abscheidebehälter, und der Ringfilter ist wieder bereit für den nächsten Ansaugzyklus. Auch dieser Vorgang findet staubdicht unter Containment bis OEB 5 statt. Ein maßgeschneidertes Steuerungs- und Servicekonzept runden die Produktionsumgebung ab.

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