PuK - Prozesstechnik & Komponenten 2024

Pumpen und Systeme
Exzenterschneckenpumpen
Batterieproduktion in Europa führt zu
Innovationen bei Pumpenherstellern
Es ist allgemein bekannt, dass
Europa sichere Lieferketten zur Herstellung
von Lithium-Ionen-Batterien
(LIB) etablieren muss – insbesondere
für die schnell steigende Nachfrage
nach Elektro- und Hybridfahrzeugen.
In den letzten Jahren haben asiatische
Hersteller das Angebot an Lithium-Batterien
dominiert, aber die
schnell wachsenden Produktionskapazitäten
in Europa stellen Batteriehersteller
und folglich auch Ausrüster
vor gewisse Herausforderungen.
Eine solche Herausforderung stellte
sich auch der NETZSCH Pumpen &
Systeme GmbH, einem globalen Hersteller
von Verdrängerpumpen. Gerade
in der Batterieproduktion werden
neue Lösungen und Innovationen gefordert,
zum Beispiel bei der Förderung
und genauen Dosierung von Anoden-
und Kathodenmaterialien.
Eines der größten Probleme ist
die sichere Handhabung von Kathodenschlämmen,
die das Lösungsmittel
N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) enthalten.
Idealerweise würde ein solch
toxisches Lösungsmittel mit hermetisch
abgedichteten Pumpen mit
Mag netkupplung gefördert.
Magnetkupplungen werden dort
eingesetzt, wo beim Pumpen von korrosiven,
gefährlichen oder toxischen
Flüssigkeiten Leckagen vermieden
werden müssen und um allgemein
die mit herkömmlichen mechanisch
abgedichteten Pumpen verbundenen
Probleme zu vermeiden.
Bei solchen Systemen handelt es
sich um Pumpen mit Stopfbuchsen
oder Gleitringdichtungen in verschiedenen
Konfigurationen. Eine Pumpe
mit Stopfbuchse erfüllt in keiner Weise
die Anforderungen an eine leckagefreie
Pumpe. Eine Pumpe mit doppeltwirkender
Gleitringdichtung und
Versorgungseinheit ist zwar leckagefrei,
aber auch mit einem erhöhten
Wartungs- und Kontrollaufwand verbunden.
Für ein toxisches Lösungsmittel wie
NMP ist daher eine Magnetkupplung
die ideale Lösung, um die Anforderung
an eine hermetisch abgeschlossene
Pumpe zu decken. Es gibt jedoch
Nachteile bei proprietären Magnetkupplungen,
die von bekannten Herstellern
für Anwendungen angeboten
werden, die eine Exzenterschneckenpumpe
erfordern.
Herkömmliche Magnetkupplungen
sind für Batterieherstellung
nicht geeignet
Exzenterschneckenpumpen werden
üblicherweise in Anwendungen eingesetzt,
bei denen die zu pumpende
Flüssigkeit abrasiv ist, feste Partikel
enthält, viskos oder scherempfindlich
ist oder die Anwendung eine genaue
Dosierung oder beliebige Kombination
von zwei oder mehreren dieser
Eigenschaften vorschreibt.
Insbesondere bei der Handhabung
von Kathodenschlämmen zur Herstellung
von Lithium-Ionen- Batterien ist
die Flüssigkeit viskos, üblicherweise
im Bereich von 8.000 bis 20.000 mPas,
enthält naturgemäß feste Partikel und
muss bei Beschichtungsanwendungen
äußerst genau dosiert werden.
Die Kombination dieser Eigenschaften
bedeutet, dass herkömmliche
Magnetkupplungen, die für die
direkte Kopplung mit einer Zentrifugalpumpe
mit 2- und 4-poliger Motordrehzahl
konzipiert sind, sich für diese
Art von Anwendungen nicht eignen.
Wenn eine Pumpe mit Magnetkupplung
mit hohen Drehzahlen
(1.400 oder 2.800 U/min) arbeitet, ist
eine Zirkulation der gepumpten Flüssigkeit
zur Kühlung der Kupplung erforderlich.
Dies wird dadurch erreicht,
dass die Flüssigkeit durch Kühlkanäle
in der Kupplung fließt. Solche Kühlkanäle
haben einen geringen Durchmesser
und werden daher leicht von
Flüssigkeiten mit höherer Viskosität
verstopft.
Eine Exzenterschneckenpumpe, die
ein Produkt mit bis zu 20.000 mPas
pumpt, läuft in der Regel mit Drehzahlen
von etwa 100 bis 200 U/min,
obwohl dies nicht als die maximale
Viskositätskapazität für Exzenterschneckenpumpen
betrachtet werden
sollte. Es gibt Anwendungen, bei
denen Exzenterschneckenpumpen für
Produkte mit weit über 1 Mio. mPas
eingesetzt werden.
NETZSCH konzipiert neue
Magnetkupplung für Handhabung
von Batterieschlämmen
Aus diesem Grund war es notwendig,
eine Magnetkupplung zu entwickeln,
die speziell auf die Anforderungen typischer
Anwendungen mit Exzenterschneckenpumpen
zugeschnitten ist.
Für Batterieschlämme musste eine
Kupplung entwickelt werden, die der
Viskosität der Schlämme gewachsen ist.
Da die Drehzahlen der Exzenterschneckenpumpe,
wie zuvor beschrieben,
geringer sind als beim Einsatz einer
Zentrifugalpumpe üblich, ist eine
übermäßige Wärmeentwicklung in
der Kupplung nicht zu erwarten. Es
gab jedoch noch weitere Herausforderungen,
für die eine Lösung gefunden
werden musste. Dazu gehört das
Drehmoment, das die Kupplung übertragen
muss.
NETZSCH ist es gelungen, eine Magnetkupplung
zu entwickeln, die den
Anforderungen von Batterieschlammanwendungen
gerecht wird, da die
Pumpe hermetisch abgedichtet ist
und das Entweichen toxischer Dämpfe
und vor allem das Eindringen von
Luftblasen in den Schlamm verhindert,
was bei der Folienbeschichtung
besonders wichtig ist. Die Kunden
stellten die NETZSCH Entwicklungsingenieure
schließlich vor weitere Herausforderungen,
die sich speziell auf
Batterieanwendungen bezogen.
Die neu entwickelte Magnetkupplung
verhindert zwar das Ein-
26 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN 2024