Das Alkalimetall Lithium (Li) weist besonders bewegliche Ionen auf und ermöglicht damit die Herstellung von Stromspeichern mit hoher Energiedichte. Eigentlich müsste wie beim Smartphone oder Tablet die Bezeichnung ‚Akku‘ genutzt werden, doch hat sich bei den E-Autos für die wiederaufladbare Einheit die Bezeichnung ‚Batterie‘ durchgesetzt. Diese besteht aus dünnen Folienschichten, bei denen jeweils eine lithiumbeschichtete Kathode, eine Separatorfolie und die meist mit Graphit beschichtete Anode aufeinanderfolgen.

Zur Beschichtung der Elektrodenfolien wird eine flüssige Masse (Slurry) aufgetragen. Nach der Trocknungsphase durchlaufen sie ein Walzwerk (Kalander), in dem sie mit hohem Druck verdichtet werden und zugleich ihre gleichmäßige Stärke erhalten. Um hier das gewünschte Ergebnis zu erreichen, müssen die Folien beim Durchlaufen der Walzwerke eine definierte Geschwindigkeit einhalten. Am Ende dieses Prozessschrittes werden sie auf Rollen gewickelt. Die Drehgeschwindigkeit bestimmter Walzen im Kalander wird mit Drehgebern gemessen. Aus der Drehzahl lassen sich Wickelstrecke und Materialbestand ableiten. Darüber hinaus dient der Wert zur Steuerung der Materialzufuhr und erlaubt das Einstellen der richtigen Bahnspannung.

Präzise Messung der Rollengeschwindigkeit

Für diese Aufgabe eignet sich beispielsweise die Drehgeberserie ‚ENI90‘ von Pepperl+Fuchs. Die Geräte in den Schutzarten IP65, IP66 oder IP67 nutzen die sogenannte BlueBeam-Technologie für die zuverlässige Drehzahlmessung: Ihr blaues Licht mit einer Wellenlänge von 460 nm minimiert das Signalflattern (Jitter). Zugleich ermöglicht es eine optimierte Signalamplitude und damit eine deutlich höhere Auflösung als andere Lichtfarben. Die zugrundeliegenden optischen Effekte erzeugen eine intrinsische Resistenz des Signals gegen mechanische Einwirkungen, etwa durch Vibration und Schock. Die feinen Strukturen der Abtastchips tragen zusätzlich zur Effizienz der Signalerzeugung und zur hohen Signalqualität bei. Die absolute Genauigkeit ist durch die maximale Abweichung von ± 0,025° markiert. Die Signalübertragung erfolgt über einen universellen Ausgangstreiber oder eine RS422-Schnittstelle.

Hauchdünne Bögen erkennen

Für Elektroautos werden überwiegend Batterien in Form von Pouch-Zellen verwendet, die eine hohe Energiedichte bei optimaler Raumnutzung ermöglichen.

Die Doppelbogenkontrolle ‚UDC-18GS‘ verhindert doppelte Lagen einer Polarität.

© Pepperl+Fuchs

Zur Herstellung der Zellen werden passende Stücke aus den Elektroden- und Separatorfolien ausgestanzt und in der richtigen Reihenfolge zusammengefügt. Die zugeschnittenen Folienblätter werden mit Vakuumgreifern aufgenommen und auf einem Ausrichttisch in Position gebracht. Im nächsten Schritt werden sie von einem zweiten Vakuumgreifer in der richtigen Reihenfolge abwechselnd aufeinandergestapelt. Bei dem gesamten Prozess kommt es darauf an, dass der Greifer immer nur eines der sehr dünnen Folienblätter aufnimmt. Es kann jedoch vorkommen, dass mehrere Lagen aneinanderhaften. In diesem Fall, oder wenn gar keine Folie gegriffen wurde, muss das Stapeln unterbrochen und korrigiert werden. Dafür sorgt die automatische Lagenkontrolle auf dem Ausrichttisch. Ein Doppelbogensensor der Serie ‚M18‘ erkennt zuverlässig, ob sich eine, keine oder mehrere Folien auf dem Tisch befinden. Im Fall einer fehlerhaften Abstapelung wird der Prozess unterbrochen. So wird verhindert, dass etwa doppelte Lagen mit gleicher Polarität die Batteriekapazität verringern.

Ultraschall lässt sich nicht irritieren

Der ENI90PL für die präzise Drehzahlmessung und verbesserte Positionierung beim Ausstanzen der Folienblätter

© Pepperl+Fuchs

Die Detektion geschieht mittels Ultraschall berührungslos und ohne jede Einwirkung auf die empfindlichen Folien. Das Ultraschall-Messprinzip ist intrinsisch robust: Die Detektion ist von Oberflächeneigenschaften wie Farbe und Reflexionsverhalten des in diesem Fall häufig stark glänzenden Ziel-materials völlig unabhängig. Die Sensorfunktion wird durch Vibration und andere mechanische Einwirkungen von der Maschine nicht beeinträchtigt.

Die Parameter des Messvorgangs lassen sich durch einfaches Einlernen präzise an die Stärke der hauchdünnen Folien anpassen. Das Gerät kann zudem per IO-Link in die Anlagensteuerung integriert werden. Die IO-Link-Schnittstelle ermöglicht den Zugriff auf die Sensorparameter sowie alle Diagnose- und Prozessdaten. Dazu gehört etwa die detaillierte Auswertung von Amplitudenwerten oder die einfache Inbetriebnahme und Parametrierung der Sensoren. Mit der automatischen Synchronisation der Geräte sind mehrere Ultraschallsensoren auf engem Raum gleichzeitig verwendbar.