Refurbishment von Kalanderwalzen für nachhaltige Effizienzsteigerung in der Batterie-Industrie

Kaum ein Fertigungsprozess stellt so hohe Anforderungen an die Qualität von Walzen wie die Elektrodenfertigung in der Batterie-Industrie – denn deren Güte beeinflusst wiederum die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Batteriezellen. Vor dem Hintergrund von Qualitätssicherung, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeitsaspekten gewinnt das Refurbishment von Kalanderwalzen – also deren Aufarbeitung und Wiederverwendung – zunehmend an Bedeutung.

Um die erforderliche Performance in der Elektrodenproduktion zu erzielen, werden bei Kalanderwalzen hohe Maßstäbe in Bezug auf Rundlauf, Zylinderform und Oberflächengüte angesetzt. Präzision ist einer der Schlüsselbegriffe bei Matthews Engineering, der in diesem Kontext immer wieder fällt.

„Wir setzen bei unserer Walzenproduktion und bei unserem Walzenservice – in Anlehnung an den englischen Begriff sprechen wir auch von Refurbishment – auf einen zukunftsweisenden Maschinenpark und die fundierte Expertise unseres erfahrenen Teams. Das Präzisions-Außenrundschleifen und das Finishing beispielsweise erfolgen bei uns mit Toleranzen im Tausendstelbereich,“ erklärt Stefan Heßeling, Senior Sales Manager Rollers bei Matthews Engineering.

Zum Einsatz kommen die Kalanderwalzen des Unternehmens sowohl in der industriellen Elektrodenfertigung im Nassbeschichtungsverfahren, bei dem ein sogenannter Slurry auf die jeweilige Substratfolie aus Aluminium bzw. Kupfer aufgetragen wird und nach der Trocknung die Verdichtung der Elektrode auf ihre endgültige Materialdichte und Beschichtungsdicke mittels Kalandrierung erfolgt. Zum anderen finden die Kalanderwalzen Anwendung in einem von Matthews Engineering eigens entwickelten Verfahren zur Herstellung von Trockenelektroden, auch Dry Battery Electrodes oder kurz DBE genannt. Diese Technologie hebt sich von gängigen Verfahren dadurch ab, dass in nur wenigen Produktionsschritten aus dem Aktivmaterial in Pulverform ein Trockenfilm erzeugt und mit höchster Präzision direkt auf die leitende Trägerfolie aufgebracht wird. In beiden Systemen jedoch müssen die Walzen den fordernden Temperaturen und Belastungen im Walzenspalt gerecht werden.

Zwangsläufig unterliegen aber selbst robuste, hochwertige Walzen vor dem Hintergrund einer derartigen Beanspruchung einem kontinuierlichen Verschleiß und der Gefahr der Beschädigung, die sich negativ auf die Anlageneffizienz und die Qualität der Elektrodenbeschichtung auswirken und im gravierendsten Fall zu unvorhergesehenen Ausfallzeiten führen können. Das Monitoring und die Implementierung eines systematischen Refurbishment-Programms zielen dagegen darauf ab, Produktionsausfälle zu minimieren und eine gleichbleibend hohe Qualität und Effizienz in der Produktion zu sichern, die letztendlich enorme Auswirkungen auf das spätere Produkt – die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Batteriezellen – hat.

Erfolgreiches Refurbishment in der Praxis

Wie also vorgehen, wenn die Vermutung besteht, dass sich der aktuelle Zustand der eingesetzten Kalanderwalzen auf die Produktionsergebnisse und Qualität der Elektrodenbeschichtung negativ auswirkt? Ein erster Schritt ist die gründliche Inspektion der Walzen, um den Grad des Verschleißes oder etwaiger Beschädigungen und die spezifischen Anforderungen an die Aufarbeitung zu bestimmen. Um aussagekräftige Daten zu erfassen, aus denen entsprechende Rückschlüsse gezogen werden können, kommen hierbei hochpräzise Messtechnologien zum Einsatz. Je nach Ausgangszustand bzw. Ergebnis der Inspektion erfolgt eine Oberflächenbearbeitung, bei der Abnutzungen und Unregelmäßigkeiten auf der Walzenoberfläche durch Schleifen und Polieren beseitigt werden. Dieses Präzisionsschleifen kann auch als sogenannter Warmschliff erfolgen, bei dem die Walze auf die spätere Betriebstemperatur aufgeheizt und im aufgeheizten Zustand bearbeitet wird, und für eine bestmögliche Situation im Walzenspalt bei späterer Betriebstemperatur sorgt.

Sollten Beschädigungen aufgetreten sein, die sich allein durchs Präzisionsschleifen nicht beheben lassen, besteht die Möglichkeit der Neubeschichtung der Kalanderwalzen mit anschließendem Präzisionsschliff, um letztendlich den Ursprungszustand der Walze bzw. eine weitere Optimierung zu erreichen. Bei Bedarf werden Anbauteile wie beispielsweise Lagerungen demontiert und gründlich gereinigt, und nach dem Refurbishment wieder von fachkundigem Personal montiert – der Kunde erhält seine Kalanderwalze „ready for installation“. Kalanderwalzen, die mittels flüssiger Medien temperiert werden, können bei Bedarf im Inneren gereinigt werden, um eine gleichmäßige Heizleistung und Temperaturverteilung wiederherzustellen. Abschließender Schritt ist eine umfassende Qualitätskontrolle und die Erstellung einer detaillierten Dokumentation – so wird sichergestellt, dass die aufbereiteten Walzen die geforderten hohen Standards und Spezifikationen in der Elektrodenherstellung erfüllen. Alle Maßnahmen zielen maßgeblich darauf ab, Haltbarkeit und Leistung der Walzen zu erhalten bzw. zu optimieren und so deren Lebensdauer zu verlängern.

Signifikante Vorteile durch konsequentes Refurbishment von Kalanderwalzen

„Durch die Implementierung eines systematischen Refurbishment-Programms konnten in vielen Fällen die Produktionskosten erheblich gesenkt und die Standzeit der Kalanderwalzen erhöht werden. Wir sehen hier enorme Vorteile für unsere Kunden, was Themen wie Kosteneffizienz, Produktqualität und das Erreichen von Nachhaltigkeitszielen anbelangt“,

betont Alwin Göring, Senior Vice President Rollers & Technical Applications, Matthews Engineering. Denn gesehen im Vergleich beispielsweise zum Ersatz einer Walze oder eines kompletten Walzen-Satzes, bietet das Refurbishment eine kostengünstige Alternative – und dank Wiederverwendung und Verlängerung der Lebensdauer der Walzen leistet es zugleich einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks in der Batterieindustrie. Nicht zuletzt steht die gesteigerte Produktionsleistung bei gleichzeitiger Kostenreduktion im Vordergrund: Durch die bedarfsgerechte Aufarbeitung der Walzen wird eine gleichbleibend hohe Qualität der Elektrodenproduktion gewährleistet; die Reduzierung von Ausfallzeiten und der optimierte Energieverbrauch tragen zu geringeren Betriebskosten und einer höheren Effizienz der Prozesse bei. Regelmäßige Wartung und frühzeitige Schadenserkennung minimieren darüber hinaus Produktionsrisiken und schützen das Personal.

Refurbishment für die Zukunft

Seinen umfassenden Walzenservice bietet Matthews Engineering in dem aktuell in der Erweiterung befindlichen Precision Center in Vreden (DE) sowie am nordamerikanischen Standort in San Antonio, Texas (USA), die jeweils mit einem fortschrittlichen Maschinenpark für den Präzisionsschliff und den erforderlichen finalen Finish der Walzen ausgestattet sind. Neben Präzision wird dort auch Innovation und kontinuierliche Weiterentwicklung großgeschrieben, denn mit dem raschen Fortschritt der Batterietechnologie müssen auch die Refurbishment-Techniken kontinuierlich angepasst werden.

„In Zukunft könnten Neuerungen in den Bereichen Materialwissenschaften und Automatisierung die bestehenden Prozesse verbessern und die Bedeutung des Refurbishments in der Branche weiter steigern“, schätzt Stefan Heßeling die Entwicklung ein und fügt hinzu: „Nur so kann die Branche den Herausforderungen der Zukunft erfolgreich begegnen.“

Bereits jetzt entwickelt Matthews Engineering intelligente Lösungen für das Tracking und die detaillierte Analyse aller für die Qualitätssicherung der Produktion relevanten Daten, die im Zusammenhang mit der Walze stehen, wie Laufleistung, Temperatur und Vibrationen. Ziel ist die Ermöglichung einer vorausschauenden Wartung; Betriebszeiten könnten so weiter optimiert werden.

Um mehr über das Potential der eingesetzten Kalanderwalzen zu erfahren, deren Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern und sich so im Bereich Refurbishment zukunftssicher aufzustellen, bietet das Unternehmen Kunden aus der Batterie-Industrie unter dem Titel Calender Rollers and Refurbishment gezielt Workshops rund um das Thema Kalanderwalzen an, die sowohl vor Ort beim Kunden oder an den Standorten Vreden und San Antonio angeboten werden. In praxisnahen Beispielen und zugeschnitten auf die spezifischen Fragen des Kunden wird hier erarbeitet, wie eine nachhaltige Effizienzsteigerung durch das Refurbishment von Kalanderwalzen konkret aussehen kann.

Dieser Artikel erschien in der PRO Flexconvert. Magazin für Converting Professionals, Ausgabe 4, 2024.

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