PuK - Prozesstechnik & Komponenten 2024
Eine seit mehr als 60 Jahren bestehende Fachzeitschrift mit Themen rund um Einsatz von Pumpen, Kompressoren und Komponenten.
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Pumpen und Systeme<br />
Exzenterschneckenpumpen<br />
Batterieproduktion in Europa führt zu<br />
Innovationen bei Pumpenherstellern<br />
Es ist allgemein bekannt, dass<br />
Europa sichere Lieferketten zur Herstellung<br />
von Lithium-Ionen-Batterien<br />
(LIB) etablieren muss – insbesondere<br />
für die schnell steigende Nachfrage<br />
nach Elektro- und Hybridfahrzeugen.<br />
In den letzten Jahren haben asiatische<br />
Hersteller das Angebot an Lithium-Batterien<br />
dominiert, aber die<br />
schnell wachsenden Produktionskapazitäten<br />
in Europa stellen Batteriehersteller<br />
und folglich auch Ausrüster<br />
vor gewisse Herausforderungen.<br />
Eine solche Herausforderung stellte<br />
sich auch der NETZSCH Pumpen &<br />
Systeme GmbH, einem globalen Hersteller<br />
von Verdrängerpumpen. Gerade<br />
in der Batterieproduktion werden<br />
neue Lösungen und Innovationen gefordert,<br />
zum Beispiel bei der Förderung<br />
und genauen Dosierung von Anoden-<br />
und Kathodenmaterialien.<br />
Eines der größten Probleme ist<br />
die sichere Handhabung von Kathodenschlämmen,<br />
die das Lösungsmittel<br />
N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) enthalten.<br />
Idealerweise würde ein solch<br />
toxisches Lösungsmittel mit hermetisch<br />
abgedichteten Pumpen mit<br />
Mag netkupplung gefördert.<br />
Magnetkupplungen werden dort<br />
eingesetzt, wo beim Pumpen von korrosiven,<br />
gefährlichen oder toxischen<br />
Flüssigkeiten Leckagen vermieden<br />
werden müssen und um allgemein<br />
die mit herkömmlichen mechanisch<br />
abgedichteten Pumpen verbundenen<br />
Probleme zu vermeiden.<br />
Bei solchen Systemen handelt es<br />
sich um Pumpen mit Stopfbuchsen<br />
oder Gleitringdichtungen in verschiedenen<br />
Konfigurationen. Eine Pumpe<br />
mit Stopfbuchse erfüllt in keiner Weise<br />
die Anforderungen an eine leckagefreie<br />
Pumpe. Eine Pumpe mit doppeltwirkender<br />
Gleitringdichtung und<br />
Versorgungseinheit ist zwar leckagefrei,<br />
aber auch mit einem erhöhten<br />
Wartungs- und Kontrollaufwand verbunden.<br />
Für ein toxisches Lösungsmittel wie<br />
NMP ist daher eine Magnetkupplung<br />
die ideale Lösung, um die Anforderung<br />
an eine hermetisch abgeschlossene<br />
Pumpe zu decken. Es gibt jedoch<br />
Nachteile bei proprietären Magnetkupplungen,<br />
die von bekannten Herstellern<br />
für Anwendungen angeboten<br />
werden, die eine Exzenterschneckenpumpe<br />
erfordern.<br />
Herkömmliche Magnetkupplungen<br />
sind für Batterieherstellung<br />
nicht geeignet<br />
Exzenterschneckenpumpen werden<br />
üblicherweise in Anwendungen eingesetzt,<br />
bei denen die zu pumpende<br />
Flüssigkeit abrasiv ist, feste Partikel<br />
enthält, viskos oder scherempfindlich<br />
ist oder die Anwendung eine genaue<br />
Dosierung oder beliebige Kombination<br />
von zwei oder mehreren dieser<br />
Eigenschaften vorschreibt.<br />
Insbesondere bei der Handhabung<br />
von Kathodenschlämmen zur Herstellung<br />
von Lithium-Ionen- Batterien ist<br />
die Flüssigkeit viskos, üblicherweise<br />
im Bereich von 8.000 bis 20.000 mPas,<br />
enthält naturgemäß feste Partikel und<br />
muss bei Beschichtungsanwendungen<br />
äußerst genau dosiert werden.<br />
Die Kombination dieser Eigenschaften<br />
bedeutet, dass herkömmliche<br />
Magnetkupplungen, die für die<br />
direkte Kopplung mit einer Zentrifugalpumpe<br />
mit 2- und 4-poliger Motordrehzahl<br />
konzipiert sind, sich für diese<br />
Art von Anwendungen nicht eignen.<br />
Wenn eine Pumpe mit Magnetkupplung<br />
mit hohen Drehzahlen<br />
(1.400 oder 2.800 U/min) arbeitet, ist<br />
eine Zirkulation der gepumpten Flüssigkeit<br />
zur Kühlung der Kupplung erforderlich.<br />
Dies wird dadurch erreicht,<br />
dass die Flüssigkeit durch Kühlkanäle<br />
in der Kupplung fließt. Solche Kühlkanäle<br />
haben einen geringen Durchmesser<br />
und werden daher leicht von<br />
Flüssigkeiten mit höherer Viskosität<br />
verstopft.<br />
Eine Exzenterschneckenpumpe, die<br />
ein Produkt mit bis zu 20.000 mPas<br />
pumpt, läuft in der Regel mit Drehzahlen<br />
von etwa 100 bis 200 U/min,<br />
obwohl dies nicht als die maximale<br />
Viskositätskapazität für Exzenterschneckenpumpen<br />
betrachtet werden<br />
sollte. Es gibt Anwendungen, bei<br />
denen Exzenterschneckenpumpen für<br />
Produkte mit weit über 1 Mio. mPas<br />
eingesetzt werden.<br />
NETZSCH konzipiert neue<br />
Magnetkupplung für Handhabung<br />
von Batterieschlämmen<br />
Aus diesem Grund war es notwendig,<br />
eine Magnetkupplung zu entwickeln,<br />
die speziell auf die Anforderungen typischer<br />
Anwendungen mit Exzenterschneckenpumpen<br />
zugeschnitten ist.<br />
Für Batterieschlämme musste eine<br />
Kupplung entwickelt werden, die der<br />
Viskosität der Schlämme gewachsen ist.<br />
Da die Drehzahlen der Exzenterschneckenpumpe,<br />
wie zuvor beschrieben,<br />
geringer sind als beim Einsatz einer<br />
Zentrifugalpumpe üblich, ist eine<br />
übermäßige Wärmeentwicklung in<br />
der Kupplung nicht zu erwarten. Es<br />
gab jedoch noch weitere Herausforderungen,<br />
für die eine Lösung gefunden<br />
werden musste. Dazu gehört das<br />
Drehmoment, das die Kupplung übertragen<br />
muss.<br />
NETZSCH ist es gelungen, eine Magnetkupplung<br />
zu entwickeln, die den<br />
Anforderungen von Batterieschlammanwendungen<br />
gerecht wird, da die<br />
Pumpe hermetisch abgedichtet ist<br />
und das Entweichen toxischer Dämpfe<br />
und vor allem das Eindringen von<br />
Luftblasen in den Schlamm verhindert,<br />
was bei der Folienbeschichtung<br />
besonders wichtig ist. Die Kunden<br />
stellten die NETZSCH Entwicklungsingenieure<br />
schließlich vor weitere Herausforderungen,<br />
die sich speziell auf<br />
Batterieanwendungen bezogen.<br />
Die neu entwickelte Magnetkupplung<br />
verhindert zwar das Ein-<br />
26 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>