Technologie TOX^® dla rewolucji energetycznej: tworzenie doskonałych połączeń

Przemysł motoryzacyjny się zmienia. Od 2035 r. w Europie nie będą już dopuszczone do ruchu nowe samochody napędzane olejem napędowym lub benzyną. Mobilność elektryczna jest kluczowym elementem zrównoważonego i przyjaznego dla klimatu wizerunku ruchu drogowego. Oznacza to, że liczba zelektryfikowanych pojazdów stale rośnie. Producenci samochodów muszą opracować nowe napędy, a tym samym systemy magazynowania energii, a jednocześnie zaprojektować je tak, aby były bardziej wydajne.

Systemy magazynowania energii obejmują ogniwa akumulatorowe, które są zintegrowane z zestawami akumulatorów i są kluczowym elementem przyczyniającym się do sukcesu elektromobilności. Ogniwa paliwowe jako konwertery energii dostarczają czystą i neutralną dla klimatu energię dla silników elektrycznych. Zamieniają one wodór ze zbiornika i tlen z powietrza w energię elektryczną. Ponieważ dzięki wodorowi można zredukować emisję gazów cieplarnianych, silniki te już od pewnego czasu są źródłem nadziei w rewolucji energetycznej.

Zielony wodór i jego produkty pochodne są szczególnie przyjazne dla środowiska. Energia elektryczna jest generowana z odnawialnych źródeł energii - na przykład ze światła słonecznego. Potrzebne są do tego wysokowydajne ogniwa słoneczne. Zielony wodór jest produkowany w zakładach elektrolizy, które rozszczepiają wodę na jej składniki - wodór i tlen. „Nasze technologie wspierają produkcję i montaż ogniw słonecznych i komponentów elektronicznych”, mówi Frank Ortmann, Business Development Manager w TOX PRESSOTECHNIK. „Dostarczamy również rozwiązania techniczne do produkcji ogniw i zestawów baterii, ogniw paliwowych i systemów, ogniw elektrolitycznych i elektrolizerów”. Ortmann i jego koledzy koncentrują się na łączeniu używanych blach w taki sposób, aby spełnić wymagania elektryczne i mechaniczne oraz uniknąć awarii przez cały okres użytkowania.

Wymagania rosną. Długotrwałe działanie zestawów akumulatorów zależy zasadniczo od ochrony mechanicznej, dystrybucji mocy i ogniw akumulatora. Rosną wymagania dotyczące gęstości prądu, temperatury pracy, ciśnienia wewnątrz ogniwa i wielkości stosu dla ogniw paliwowych zasilanych wodorem. Moduły do ogniw słonecznych mogą być teraz produkowane w pełni automatycznie i w dużych ilościach, aby sprostać ogromnemu zapotrzebowaniu. „Ponadto wymagana jest coraz bardziej opłacalna produkcja”, mówi Frank Ortmann. „Dotyczy to zarówno małych serii z dużą liczbą ręcznych etapów procesu, jak i zautomatyzowanej produkcji seryjnej."

Technologia klinczowania jest na przykład częścią procesów łączenia. Jest ona wykorzystywana przez firmy do łączenia blach o różnej wytrzymałości lub wykonanych z różnych materiałów, w tym klejów lub innych warstw pośrednich. W zastosowaniach przemysłowych klinczowanie jest odpowiednie dla pojedynczych blach o grubości od 0,1 milimetra do całkowitej grubości warstwy 12 milimetrów i wytrzymałości na rozciąganie do 800 niutonów na milimetr kwadratowy. W tej procedurze stemple i matryce formują plastyczne materiały, tworząc mocne, nierozłączne, dodatnie połączenie blokujące i cierne. Ponieważ strefa połączenia nie jest poddawana wpływom termicznym, właściwości materiałów nie ulegają zmianie, ani nie występują żadne odkształcenia.

W przypadku połączeń do zastosowań związanych z przenoszeniem energii, takich jak szyny zasilające do systemów ogniw paliwowych, złącza ogniw akumulatorowych i wrażliwe na ciepło ogniwa akumulatorowe, producenci stosują TOX eClinching. W tym przypadku trwałe połączenia elektryczne zapewniają liczne metalowe mikrokontakty. Te procesy formowania nie wymagają żadnych elementów. Pozwala im to osiągnąć wyższą wytrzymałość dynamiczną przez cały okres użytkowania w porównaniu z punktem spawania. Połączenia są gazo- i cieczoszczelne. Skutkuje to wysoką odpornością na korozję. Ponadto można łączyć materiały powlekane oraz materiały o różnej wytrzymałości. Więcej zalet: klinczowanie lub eClinching wiąże się ze znacznie niższymi kosztami i znaczną redukcją emisji CO2 w porównaniu z konwencjonalnymi procedurami spawania.

Oprócz łączenia bez elementu, istnieją również technologie łączenia za pomocą narzędzi pomocniczych, takich jak nitowanie lub wciskanie elementów funkcjonalnych. „Obie technologie zapewniają, że elementy obudowy zestawu akumulatorów, takie jak taca, pokrywa, poprzeczka i inne elementy konstrukcyjne są połączone ze sobą bezpiecznie i trwale”, mówi Ortmann. W zależności od projektu, może to wymagać ponad 100 punktów połączeń. Mogą być one zaprojektowane jako rozłączne lub nierozłączne połączenia gazo- i cieczoszczelne, aby zapobiec korozji lub odgazowaniu. Jeśli szczelność gazowa i cieczowa nośnika baterii musi być również zapewniona, jeśli na przykład śruba uziemiająca zostanie wyciągnięta z powodu wypadku lub nadmiernego obciążenia mechanicznego, TOX oferuje nitowanie klinowe. Może to być również wykorzystane do niezawodnego zamocowania płyty chłodzącej w pobliżu nośnika akumulatora.

Do produkcji ogniw akumulatorowych, elektrolizerów i ogniw paliwowych TOX dostarcza elektromechaniczny system serwopras TOX ElectricDrive Core. Składa się on z elektromechanicznego napędu ElectricPowerDrive, kontrolera ze zintegrowanym sterowaniem i inteligentnego oprogramowania. Nadaje się między innymi do formowania, wciskania, wykrawania, tłoczenia, a także do elektrycznie przewodzącego łączenia blach za pomocą eClinching. „Możemy dostosować system do danego zadania w sposób modułowy i skonfigurować go”, mówi Ortmann.

Oprogramowanie jest intuicyjne dla użytkownika. Obsługuje Industry 4.0, a także dowolnie konfigurowalne monitorowanie procesu i wykrywa nieprawidłową liczbę płyt dwubiegunowych, na przykład w stosie elektrolizy lub ogniw paliwowych. Program stale monitoruje proces tłoczenia i przypisuje odpowiednie parametry procesu do poszczególnych stosów. Pan Ortmann dodaje: „Nasz system prasowania umożliwia prasowanie stosów z siłami do 1000 Newtonów, a także utrzymywanie lub ponowną regulację sił ustawionych podczas procesu ustawiania przez długi czas”.