Die Energiekette E6.29 von Igus ist mit ISO-Klasse 4 für den Einsatz in Trockenreinräumen zertifiziert. (Quelle: Igus)
Laut dem „Battery Monitor 2024/2025“ wird sich die weltweite Batterienachfrage bis 2030 auf bis zu 4,6 TWh verdreifachen und von dort aus bis 2040 eine Verdopplung erfahren. Ein Grund für diesen rasanten Anstieg ist die weltweit steigende Zahl an Elektroautos, deren Herzstück hochleistungsfähige Lithium-Ionen-Batterien sind. So entfallen rund 80 % der globalen Nachfrage nach dieser Technologie auf die Nutzung in Elektrofahrzeugen.
Bei den mobilen Kraftspeichern handelt es sich um komplexe chemische Bauteile, die hohen Ansprüchen an ihre Qualität und Lebensdauer genügen müssen. Um der steigenden Nachfrage gerecht werden zu können, wird der Herstellungsprozess stetig weiter optimiert. Prinzipiell darf es während der Fertigung nicht zu Verunreinigungen kommen, die die Lebensdauer und die Batteriekapazität beeinträchtigen könnten. Die Hersteller kombinieren deshalb zwei Produktionsumgebungen: den Trockenraum und den Reinraum. Ein Reinraum, wie er beispielsweise aus der Halbleiterproduktion, der Pharmaindustrie oder der Biologie bekannt ist, zeichnet sich durch seine beinahe vollständige Keim- und Staubfreiheit aus; die Menge an luftgetragenen Partikeln ist möglichst gering. Ergänzt wird das Konzept um den Trockenraum, in dem die Luftfeuchtigkeit unter 5 %, teils sogar unter 1 % liegt. Die Kombination der beiden Räume zum Trockenreinraum schafft in der Batteriezellenfertigung eine optimale Produktionsumgebung, die die empfindlichen Bauteile vor Korrosion schützt. Dennoch stellen die extremen Umgebungsbedingungen im Trockenreinraum auch enorme Herausforderungen an die darin verbaute Technik.
Widrige Bedingungen im Trockenreinraum
Um diese Herausforderungen weiß auch der Motion-Plastics-Spezialist Igus und bietet deshalb Produkte an, die speziell für den Einsatz im Trockenreinraum zertifiziert sind. In der Vergangenheit war es eher ungewöhnlich, dass Hochleistungskunststoffe im Trockenreinraum eingesetzt wurden. So entzieht dieser den Kunststoffen typischerweise die Feuchtigkeit, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften der Bauteile ändern. Dennoch bieten Energieketten gerade im Trockenreinraum auch Vorteile. So zeichnen sie sich prinzipiell durch eine lange Lebensdauer von mehreren Millionen Doppelhüben, eine flexible Einsetzbarkeit und Wartungsfreiheit aus.
Aber nicht nur für Kunststoffe, sondern auch für Menschen herrschen in Trockenreinräumen ungünstige Umgebungsbedingungen vor. Deshalb dürfen sie sich dort nicht lange aufhalten. Unter anderem daraus erwächst ein hoher Automatisierungsbedarf. Und mit zunehmender Zahl an eingesetzten Anlagen und Systemen steigt auch der Bedarf an einer zuverlässigen und reibungslosen Leitungsführung, die den hohen Anforderungen im Trockenreinraum gerecht wird. Igus hat für solche Anwendungen unter anderem die triflex TRC.40.058.0.ESD entwickelt. Sie ist die erste dreidimensional bewegliche Energieführung mit Trockenreinraumzertifikat des Fraunhofer IPA. Sie wurde speziell für die sichere Leitungsführung an Industrierobotern entwickelt, die in der Batteriezellenfertigung zum Einsatz kommen. Die triflex R TRC nutzt ein integriertes Federstabmodul, um die Energiekette bis zur fünften Achse zu stabilisieren und einen Kontakt zwischen Roboter und Energiekette zu verhindern. Dies ermöglicht einen nahezu berührungsfreien Produktionsablauf, sodass bei den Rotationsbewegungen keine Partikel erzeugt werden. Zudem besteht die Energiekette komplett aus ableitfähigem ESD-Material, was die Anwendungsmöglichkeiten erweitert. Nach den Tests des Fraunhofer IPA erhielt das komplette System aus Kette und Federstabmodul als erstes Produkt dieser Art die Zertifizierung für die ISO-Klasse 4 – und damit das bestmögliche Ergebnis, das mit dem aktuellen Stand der Technik erzielt werden konnte. Lediglich bei schnelleren Bewegungen (v = 2,0 m/s, a = 4,0 m/s²) erhält das System die ISO-Klasse 5.