Erfolgsstory Mubea

Angemessenes Temperaturmanagement gefragt

Die Batterien der E-Fahrzeuge sind anspruchsvoll, was ihr Arbeitsklima angeht und mögen keine Temperaturextreme. Um sie sowohl im Hochsommer als auch bei winterlichem Frost im klimatischen Wohlfühlbereich zu halten, ist ein leistungsfähiges Thermomanagement nötig. So sind viele der derzeitigen Akkus leicht entzündlich und erhitzen sich beim Aufladen, sodass der Kühlungsfunktion besonderer Beachtung geschenkt werden muss.

Zu hohe Batterietemperaturen führen zu Kapazitätsverlusten und in Extremfällen sogar zu einem thermischen Durchgehen. Zu geringe Temperaturen wiederum beeinträchtigen Effizienz und Kapazität der Batterie, erhöhen den Widerstand und begünstigen das Entstehen von Lithium- Dendriten (Lithiumabscheidungen), welche die Lebensdauer der Batterie verkürzen und zum Ausfall einzelner Batteriezellen führen können. Eine ständige Kühlung begrenzt jedoch die Lade- Geschwindigkeit des Akkus. Die Hersteller von Batterien setzen deshalb auf die sogenannte Immersionskühlung. Bei dieser Art der Kühlung umschließt eine wärmeleitende, aber nicht elektrisch leitfähige Flüssigkeit den Akku. Diese sog. aktive Kühlplatte ist ein Aluminiumelement, in welchem die Flüssigkeit zirkuliert. Der global agierende Spezialist für innovative Leichtbau- Lösungen Muhr und Bender KG (Mubea) mit Hauptsitz in Attendorn, hat die technologischen Möglichkeiten der bewährten Roll-Bonding-Technologie so weiterentwickelt, dass man auch großvolumige Kühlplatten für automobile Batteriesysteme fertigen kann. Gerade in Bezug auf die Umformmöglichkeiten und die Flexibilität des Kühlkanal-Layouts ergeben sich so neue Vorteile bei der Herstellung der Platten.

Das inhabergeführte Familienunternehmen beschäftigt über 14.000 Mitarbeiter an 50 Standorten in 18 Ländern und hat trotz anhaltender globaler Krisen, seinen Wachstumstrend fortgesetzt und 2023 erstmals die 3 Mrd. EUR Umsatzmarke überschritten. Für die kommenden Jahre möchte Mubea mit intelligenten Leichtbau-Lösungen den Mobilitätswandel mitgestalten. So hat man sich mit Investitionen im Geschäftsjahr 2023 auf die Transformation der Automobilindustrie vorbereitet. Komponenten für Hochvoltspeicher und Produkte für Elektromotoren sowie neue Mikro- Mobilitätslösungen, ergänzen das bestehende Produktportfolio. Stammprodukte in den Bereichen Chassis und Body sollen an die neuen Anforderungen von E-Fahrzeugen angepasst werden.

Dazu gehört auch die kontinuierliche Weiterentwicklung des Roll-Bonding-Verfahrens für anspruchsvolle und wirtschaftliche Temperier-Anwendungen. Mit diesem kontinuierlichen Warmwalz-Prozess lassen sich sowohl hochwertige flache Kühlplatten als auch komplex geformte Kühlteile mit Kosteneinsparungen von bis zu 20 Prozent herstellen.

Beim Roll-Bonding werden zwei Aluminiumplatten ausgerollt, geglättet und gleichzeitig gebürstet. Auf das untere Band wird eine Anordnung von Kanälen mittels Siebdrucks eingestanzt, wodurch lokal das Verbinden der Coils an diesen Stellen verhindert wird. In zwei Durchlauföfen werden die Bänder anschließend auf eine Temperatur von über 400°C gebracht, nachfolgend gekoppelt und bei einem Druck von 600 Tonnen warmgewalzt. So sind die zwei Bänder perfekt miteinander verbunden. Nach einer Glühphase bei einer Temperatur von 450°C, wird das Band abgekühlt, getrocknet und zugeschnitten. Die so gebondeten Platten werden aufgeblasen und später gekantet. Um sicherzustellen, dass kein Leck mit dem Kühlkreislauf in Verbindung steht, erfolgt im AnschlussDas inhabergeführte Familienunternehmen beschäftigt über 14.000 Mitarbeiter an 50 Standorten in 18 Ländern und hat trotz anhaltender globaler Krisen, seinen Wachstumstrend fortgesetzt und 2023 erstmals die 3 Mrd. EUR Umsatzmarke überschritten. Für die kommenden Jahre möchte Mubea mit intelligenten Leichtbau-Lösungen den Mobilitätswandel mitgestalten. So hat man sich mit Investitionen im Geschäftsjahr 2023 auf die Transformation der Automobilindustrie vorbereitet. Komponenten für Hochvoltspeicher und Produkte für Elektromotoren sowie neue Mikro- Mobilitätslösungen, ergänzen das bestehende Produktportfolio. Stammprodukte in den Bereichen Chassis und Body sollen an die neuen Anforderungen von E-Fahrzeugen angepasst werden. Dazu gehört auch die kontinuierliche Weiterentwicklung des Roll-Bonding-Verfahrens für anspruchsvolle und wirtschaftliche Temperier-Anwendungen. Mit diesem kontinuierlichen Warmwalz-Prozess lassen sich sowohl hochwertige flache Kühlplatten als auch komplex geformte Kühlteile mit Kosteneinsparungen von bis zu 20 Prozent herstellen. Beim Roll-Bonding werden zwei Aluminiumplatten ausgerollt, geglättet und gleichzeitig gebürstet. Auf das untere Band wird eine Anordnung von Kanälen mittels Siebdrucks eingestanzt, wodurch lokal das Verbinden der Coils an diesen Stellen verhindert wird. In zwei Durchlauföfen werden die Bänder anschließend auf eine Temperatur von über 400°C gebracht, nachfolgend gekoppelt und bei einem Druck von 600 Tonnen warmgewalzt. So sind die zwei Bänder perfekt miteinander verbunden. Nach einer Glühphase bei einer Temperatur von 450°C, wird das Band abgekühlt, getrocknet und zugeschnitten. Die so gebondeten Platten werden aufgeblasen und später gekantet. Um sicherzustellen, dass kein Leck mit dem Kühlkreislauf in Verbindung steht, erfolgt im Anschluss ein Vermessen und Prüfen der Platten, auch um die Effizienz und die langfristige Zuverlässigkeit des gesamten Batteriesystems zu gewährleisten.

Spannen mit Vakuum - Tücke liegt im Detail

Vor 3 Jahren startete Mubea mit dem Projekt der Kühlplatten-Fertigung. Für die Qualitätssicherung der Kühlplatten setzt man auf die optische Vermessung mit dem ATOS 5X-System von GOM, einem Unternehmen der Zeiss-Gruppe. Das System liefert hochpräzise Daten von Werkzeugen und Stanz,Biege-, Zieh-, Press- und Umformteilen bis hin zu Kunststoffteilen. Die vollflächigen 3D-Scans ermöglichen so eine umfassende Prozess- und Qualitätskontrolle und machen Fehler und Defekte sichtbar, wodurch sich frühzeitig Korrekturen einleiten und Prozesse optimieren lassen. Zudem lässt sich das ATOS 5-System auch für eine effiziente, serienbegleitende Produktionskontrolle und Zusammenbau-Analyse einsetzen. Beim Scannen werden bis zu 2 x 12 Mio. Koordinatenpunkte erfasst. Das System nutzt den integrierten Laser Light Compressor, um ultrahelles und gleichmäßiges, specklefreies Licht (englisch für Sprenkel, Tupfen, Flecken) zu generieren. Das ermöglicht Messfelder von bis zu 1.000 mm bei gleichzeitig sehr kurzen Belichtungszeiten. Die passende Inspektionssoftware führt durch den gesamten Arbeitsablauf, von der Messung über die Auswertung bis hin zum Prüfbericht.

Ein wesentlicher Faktor bei der Inspektion der Kühlplatten ist zudem das Spannmittel, denn nur eine sichere Werkstückaufnahme garantiert die Wiederholbarkeit der Messungen. Der angedachte Ansatz „Virtual Clamping“ funktionierte nicht wie erhofft. Der Projektleiter Andreas Rosum von Mubea Tailor Rolled Blanks nahm daraufhin Kontakt zum Technologieführer für Spann-, Positionier und Messvorrichtungen WITTE Barskamp auf. Benjamin Ostrowski, Vertriebsleiter Zentraleuropa bei WITTE: „Anfang 2023 kontaktierten mich Andreas Rosum und Markus Brüggemann mit der Aufgabenstellung, ein relativ großes Blech möglichst  freigängig aufzunehmen. Es gab definierte Spannpunkte, die jedoch möglichst nicht direkt auf dem Blech liegen sollten, da man die Fläche und den Platz für die optische Messung benötigte. Eine standardisierte Aufspannvorrichtung kam also nicht in Frage.“

Mit dieser Aufgabenstellung im Gepäck setzte sich Benjamin Ostrowski mit seinen Kollegen aus dem Projektmanagement Office zusammen. “Die Herausforderung war, die Ebenheit der Platte zu vermessen, und zwar möglichst in einer Aufspannung mit 40 Punkten,“ erklärt Benjamin Ostrowski. „So kam die Idee auf, unsere Vakuumtechnik mit Vakuumsauger einzusetzen.“

WITTE gilt als Marktführer im Bereich präziser Spannvorrichtungen in Kombination mit Vakuum, Hydraulik und Pneumatik. Unteranderem hat man bereits Vakuum-Spannvorrichtung in 3DGeometrie mit verfahrbaren Segmenten zum Spannen von Flugzeug-Rumpfsegmenten konzipiert. Neben Standard- und kundenspezifischen Vakuum-Spannlösungen liefert man auch alle notwendigen Komponenten, wie einfache Ejektoren, Vakuumpumpen, Drehdurchführungen, Schläuche, Magnetventile und vieles mehr.

Schläuche, Magnetventile und vieles mehr. Zu Beginn erarbeitete man anhand von Grundlagen-Untersuchungen die unterschiedlichen Spannmöglichkeiten, ehe man mit einer kleineren Kühlplatte ins konkrete Projekt startete. Benjamin Ostrowski erläutert: „Wir haben von Mubea ein Testblech bekommen und mussten uns erst einmal eine behelfsmäßige Vorrichtung bauen, um den Nachweis zu erbringen, dass es überhaupt möglich ist, mit unseren Balgensaugern zu spannen. Aber da hat unser Projektmanagement in der Vakuumtechnik ganze Arbeit geleistet. Die Tests haben gezeigt, dass es geht.“ Das Blech sollte mit einer definierten Kraft (42 Klemmpunkt mit 2,5 Kilogramm) gehalten werden. „Es klingt im ersten Moment recht einfach, aber die Tücke liegt im Detail,“ erklärt Andreas Rosum. „Denn das Kühlblech muss in bestimmten Winkeln eingelegt werden, damit es eine Eigenstabilität erfährt. Bei Plattenabmessungen von teilweise 2 m auf 2,50 m oder auch bei den kleineren Blechen von 1,80 m, ist das eine Herausforderung, denn ich darf mir beim Spannen meine Messmöglichkeit nicht nehmen.“

Zuerst überlegte man das Blech in Fahrzeuglage zu vermessen, verwarf diesen Ansatz aber wieder, da dabei das Messsystem nur begrenzt einsetzbar gewesen und der Scankopf nicht über die Platte hinweggekommen wäre. Daraufhin hat man entschieden die Drehmechanismen wegzulassen und nach Rücksprache mit dem Automobil-Kunden, das Bauteil für die Vermessung in einem definierten Winkel (10 bis 15 Grad) anzustellen. „Wenn ich zu viel Material zwischen Platte und Scankopf habe, habe ich Probleme mit dem Schattenwurf. Ich muss dann in vielen Winkel scannen. Das bedeutet, dass sich die Messzeit extrem verlängert. Dann wiederum kommt es bei bestimmten Winkeln zu Reflexionen. Da war die Idee, dass ganze Gestell einseitig aufzunehmen und dies mit der Vakuum-Technologie zu spannen, schon genial,“ schloss Andreas Rosum. Benjamin Ostrowski erklärt: „Für dieses Projekt mussten wir schon unsere ganze Expertise im Bereich Vakuum einbringen. Aber die Kombination der Balgensauger und unserer leistungsfähigen Vakuum-Aggregate ermöglichte es am Ende, diese Spannaufgabe zur Zufriedenheit von Mubea zu lösen. Die Balgensauger dienen als Auflagefläche für das zu spannende Werkstück, da sie besonders stabil und präzise sind und so den zuverlässigen Einsatz des Spannsystems garantieren. Durch die stetige Entwicklung neuer Technologien sowie unseres Werkzeug- und Anlagenbaus, sind wir unabhängig und in der Lage, sehr flexibel auf die individuellen Wünsche unserer Kunden einzugehen.“

Vakuumtechnologie eröffnet neue Freiheiten

Bei den Kühlplatten mussten sowohl die Ebenheit der gebondeten Aluplatten als auch das Kanalbild vermessen werden. Und das Kanalbild hat sehr viele Merkmale. „Dank der Vakuumtechnologie- Lösung benötigen wir jetzt nur zwei Brücken, um die Referenzpunkte aufzubringen,“ bringt es Markus Brüggemann auf den Punkt. „Da hat uns WITTE mit seiner unkomplizierten und innovativen Lösungskompetenz neue Freiheiten eröffnet.“ Andreas Rosum fügt an: „Herr Ostrowski ist ja kein Unbekannter in unserem Haus. Das gestaltet die Zusammenarbeit recht harmonisch. Wenn wir Optimierungsvorschläge oder Anfragen hatten, war die Bearbeitung immer sehr schnell. Das Projektmanagement bei WITTE war immer involviert und im Austausch mit unseren Technikern. Es gab einmal, wenn ich mich richtig erinnere, Probleme mit der Vibration der Vakuum-Pumpe. Aber im Großen und Ganzen wurden solche kleineren Sachen vom Projektmanagement sehr schnell ausgemerzt. Wir erhielten nie eine Standard- oder 08/15-Antwort, sondern immer sehr innovative Vorschläge. Das ist gerade bei so einem neuen Projekt bzw. Produkt sehr wichtig.“

Innovativ durch Kooperation

Dieses Beispiel zeigt, dass die Elektromobilität nur dann richtig Fahrt aufnehmen kann, wenn Zulieferer, wie der Spezialist für innovative Leichtbau-Lösungen Muhr und Bender KG (Mubea) und richtungsweisende Anbieter im Bereich der Spann- und Positioniertechnik wie WITTE, als Team innovativ und kreativ Lösungen finden. Denn viele neue Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle für die E-Mobilität können nicht von einem Unternehmen allein umgesetzt werden. Meist ist der Aufbau eigener notwendiger Kapazitäten, Ressourcen und Kompetenzen schwierig, langwierig und risikobehaftet.

Abhilfe schafft hier eine Partnerschaft, in der Spezialisten ihre Expertise in die Kooperation einbringen.