Unter Hochdruck

Marginale Spalte

Juli 2012

 

E-Bike, E-Auto, E-Motorrad: Sie alle brauchen keramische Batteriehülsen. Mit hocheffizienten isostatischen Pressen bedient Dorst Technologies diesen enormen Bedarf.

 
 

Erste vollelektrisch und hybrid angetriebene Fahrzeuge fahren bereits über die Straßen und die Hersteller bereiten den Serienstart vor. Eine Schlüsselrolle nimmt dabei die Hochleistungsbatterie ein. Für die Autos von morgen muss sie leistungsfähiger werden und in großen Mengen verfügbar sein.

Effiziente Fertigungsmethoden sind also gefragt. Eine Lösung präsentiert die Dorst Technologies GmbH & Co. KG mit Stammsitz im bayerischen Kochel am See. Der Anbieter von Maschinen und Anlagen für die Herstellung keramischer und pulvermetallurgischer Produkte hat eine Fertigungszelle für die Produktion von Batteriehülsen entwickelt. Die IPM 40/3 ist modular aufgebaut und kann bis zu drei isostatische Pressen umfassen. Dezentrale Motion Controls HNC100-3X von Rexroth regeln die hydraulischen Regelachsen.

Wie aus einem Guss

Die Regelelektronik sorgt dafür, dass die wichtigste Anforderung bei der Herstellung der Batteriehülsen erfüllt wird: die hohe Homogenität des Materials. Voraussetzung hierfür ist ein gleichmäßiger Druck. Beim isostatischen Pressen von Keramikpulver werden die pulverförmigen Werkstoffe in eine Form ein gefüllt, dann presst eine Wasser-Öl-Emulsion mit bis zu 2.000 bar auf die umhüllende Gummitasche.

„Für die Hydraulikfunktionen haben wir einen dezentralen Ansatz gewählt und nutzen in jedem Pressenmodul die NC-Funktionalitäten der Rexroth HNC100-3X“, erläutert Günter Bergel, Projektleiter bei Dorst Technologies.

Jedes Modul ist mit einer Motion Control ausgestattet, sie regelt die vorgesteuerten und direkt gesteuerten Regelwegeventile mit elektrischer Rückführung für die Prozessbewegungen. Über Profibus sind die digitalen Regelgeräte an die Anlagen-SPS angeschlossen. Die zentrale SPS koordiniert die drei Pressenmodule sowie die Automatisierung und Sicherheit der Anlage. Das Ergebnis ist eine kontinuierliche Formgebung und gleichmäßige Dichteverhältnisse der Hülsen.

Dynamisch Druck aufbauen

Beim Füllen, beim Verschließen des Werkzeugs und beim Entformen des Pressteils ist die Pressenhauptachse mit 400 Kilonewton Schließkraft im Einsatz – die Regelelektronik im Controller-Format positioniert sie. „Die Hydraulik fährt den Oberkolben geregelt auf mehrere Positionen“, erklärt Günter Bergel.

Die zweite Achse steuert den Druckumformer für die Emulsion. Der Druck muss möglichst schnell gesteigert werden: „Wir profitieren von der Dynamik des Ventils und können innerhalb einer Sekunde den Druck von 2.000 bar aufbauen“, betont Bergel.

Ein zentrales Hydraulikaggregat von Rexroth versorgt die drei Pressmodule mit 300 bar Betriebsdruck. Der Druckabbau erfolgt dann kontrolliert in mehreren Stufen: „Das Werkstück muss ‚aufatmen‘, das ist eine entscheidende Größe für die Maßhaltigkeit der Pressteile“, sagt Bergel. Bei der Entwicklung der Anlage stand Bosch Rexroth auch bei der Programmierung der NC-Funktionalitäten zur Seite.

Komplexe Aufgaben lassen sich nun durch erweiterte Hochleistungshydraulikregler mit darauf zugeschnittenen NC-Befehlen schnell umsetzen. Umfangreiche Kurvenfunktionalitäten und erweiterte Diagnosemöglichkeiten gewährleisten hochdynamische und präzise Bewegungen. Die Parametrierung und Diagnose der Pressenmodule erfolgt wahlweise über die Anlagen SPS oder die Ethernet-basierte Serviceschnittstelle. Über die Ethernet-Kommunikation erfassen die Anwender nun auch die Prozessdaten für die Qualitätsdokumentation.

Rundum flexibel

Das modulare Konzept der Fertigungszelle verschafft den Anwendern ein Plus an Freiheit – in mehrfacher Hinsicht: Sie können zunächst mit einem Pressenmodul beginnen und bei Bedarf weitere ergänzen. Außerdem ist es möglich, Werkstoffzusammensetzungen schnell zu verändern oder parallel unterschiedliche Materialien zu verarbeiten.

Die Rezepturverwaltung ist in die Anlagensteuerung integriert, eine Produktionsumstellung erfolgt mit wenigen Tastendrücken. Beste Voraussetzungen für Hochleistungsbatterien in Serie.