DER KONSTRUKTEUR 03/2023

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK VERFAHRBARE SENSOREN DICKENMESSUNGEN IN DER BATTERIEPRODUKTION Die Herausforderung bei der Herstellung moderner Batterien besteht darin, ihre Energiedichte zu maximieren, ihre Herstellkosten zu senken und ihre Nutzungsdauer zu verlängern. Um dies zu erreichen, werden sowohl elektromagnetische als auch optische Sensoren für die Dickenregelung von Bandmaterial sowie beschichteten Folien eingesetzt. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Die Inline-Prüfung in der Batterieproduktion trägt maßgeblich zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, Ressourcenschonung und Qualitätssicherung bei. Dafür werden in jeder Produktionsstufe – von der Elektrodenfertigung über die Assemblierung bis hin zur Formierung – Sensoren von Micro-Epsilon eingesetzt. Das umfangreiche und vielfältige Produktportfolio des Unternehmens bietet für jede Beschichtungsart und alle Messobjekte das geeignete Messverfahren mit dem passenden Sensor. Eine zentrale Messaufgabe ist die präzise Dickenmessung von Batteriefolie und der Folienbeschichtung mithilfe von elektromagnetischen und optischen Sensoren. MESSWERTE IM SUBMIKROMETERBEREICH Elektromagnetische Sensoren von Micro-Epsilon bieten zahlreiche Vorteile bei der Dickenmessung. Dank integrierter Temperaturkompensation liefern sie stabile Messwerte im Submikrometer- Dipl.-Ing.(FH) Franz Hochwimmer, Beratung & Vertrieb Anlagen/Systeme, MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KG, Ortenburg bereich und finden auch Anwendung in Trockenprozessen. Für die Dickenmessung von Bandmaterialien und Beschichtungen werden oftmals kapazitive Sensoren genutzt. Diese werden gegenüberliegend angebracht und messen von beiden Seiten auf elektrisch leitfähige Werkstoffe. Die linearen Abstandssignale beider Sensoren werden im Controller zu einem Dickenwert verrechnet. Im Vergleich zu optischen Verfahren ist der Messfleck größer. Dies ermöglicht die Mittelung von Strukturen und Unregelmäßigkeiten. Darüber hinaus können kapazitive Sensoren auch bei hohen Temperaturen und schwankenden Temperaturen eingesetzt werden, was andere Messverfahren oft vor große Herausforderungen stellt. Durch Verwendung der CapaNCDT- Mehrkanal-Controller können die Werte mehrerer Sensorpaare mit nur einem Controller verarbeitet werden. Kapazitive Sensoren werden häufig für Anwendungen im Sub- Mikrometer-Bereich eingesetzt, bei denen höchste Präzision und Stabilität gefordert sind. Sie sind in der Lage in rauen Industrieumgebungen hochgenaue Messwerte zu erfassen und liefern auch bei hohen Temperaturen Messwerte bis in den Sub-Mikrometerbereich. Die kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon sind außerdem langzeitstabil, weil keine Komponenten verbaut sind, die die Lebensdauer einschränken. Eine weitere Stärke ist die Kom- 12 DER KONSTRUKTEUR 2023/03 www.derkonstrukteur.de

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK 01 Zwei gegenüberliegend angebrachte kapazitive Sensoren ermöglichen eine mikrometergenaue, zweiseitige Dickenmessung von elektrisch leitfähigen Werkstoffen 01 02 Dank eines umfangreichen Software- und Schnittstellenpakets kann das Inline-Messsystem prozesssicher in Fertigungslinien integriert werden binationsvielfalt. Jeder kapazitive Sensor kann ohne Kalibrierung mit einem beliebigen Controller von Micro-Epsilon verwendet werden, was einen Komponententausch erleichtert. KLEINSTE DETAILS ERFASSEN Wenn hochgenaue Messergebnisse gefragt sind, sind optische Messverfahren unverzichtbar. Konfokal-chromatische Sensoren und die hochpräzisen Interferometer von Micro-Epsilon arbeiten auf Basis der Weißlicht-Technologie. Eingesetzt werden beide Messsysteme zur Abstands- und Dickenmessung in Bereichen, in denen höchste Genauigkeit und Signalstabilität gefordert werden. Die optischen Sensoren werden gegenüberliegend vom Material befestigt und führen präzise Messungen von beschichteten und unbeschichteten Folien durch. Sie arbeiten mit hoher Auflösung und sind sowohl in Nassbeschichtungs- als auch in Trockenprozessen einsetzbar. Aufgrund der kleinen Lichtpunktdurchmesser können auch kleinste Details auf der Folienoberfläche zuverlässig erfasst werden. Neben den konfokal-chromatischen Sensoren eignen sich vor allem auch Weißlichtinterferometer ideal zur hochpräzisen Dickenmessung. TURNKEY-SYSTEM BESTIMMT DIE BANDDICKE Zur Inline-Dickenmessung von Bandmaterialien werden Thickness-Gauge-Sensorsysteme eingesetzt. Verfügbar sind mehrere Modelle mit verschiedenen Sensortypen, Messbereichen und Messbreiten für die Dickenmessung von verschiedenen Materialien und Oberflächen. Das System nutzt zwei optische bzw. elektromagnetische Abstandssensoren, um die Banddicke zu erfassen. Die Sensoren sind bereits exakt aufeinander ausgerichtet DIE SENSOREN ZUR INLINE- DICKENMESSUNG SIND EXAKT AUFEINANDER AUSGERICHTET und kalibriert. Darüber hinaus sorgt eine werkseitige Dickenkalibrierung für eine hohe Präzision. Mittels Linearachse können die Thickness-Gauge-Sensorsysteme verfahren werden, um die Dicke über die gesamte Bandbreite hinweg zu erfassen. In Umgebungen mit Schmutz und hohen Temperaturen wird das System Thickness Gauge O.EC eingesetzt. Es nutzt den Combisensor. Dieser beinhaltet einen Wirbelstromsensor, der auf die Führungswalze misst, und einen kapazitiven Sensor zur Abstandsmessung auf die Materialoberfläche. Aus der Signaldifferenz ergibt sich der genaue Dickenwert der Elektrodenbeschichtung. INLINE-MESSSYSTEM MIT LINEARANTRIEB 02 Im Beschichtungsprozess wird die Folie entweder kontinuierlich oder intermittierend und auf einer Breite von bis zu 1.000 mm beschichtet. Wichtig sind dabei die Folien und die Beschichtungsdicke, die Oberflächenqualität, die Reinheit und ein Vermeiden von Gaseinschlüssen. Um die Nassschicht-Dicke des Anoden- und Kathodenmaterials zu überwachen, wird eine Genauigkeit von < ± 1 μm bei 150 bis 500 µm Objektdicke gefordert. Hierfür empfiehlt sich der Einsatz des Thickness Gauge, einem Inline-Messsystem bestehend aus einer Lineareinheit mit elektromechanischem Antrieb, zwei konfokal-chromatischen Abstandssensoren, einer automatischen Kalibriereinheit und einem Multitouch-IPC. Die konfokalen Sensoren messen im Differenzverfahren von zwei Seiten auf die Materialoberfläche. Mittels einer automatischen Kalibrierung auf ein Referenztarget wird der Abstand der beiden Sensoren zueinander in regelmäßigen Abständen ermittelt. Im Messbetrieb erfassen die Sensoren den Abstand zur Materialoberfläche. Aus dem bekannten Abstand der Sensoren sowie den Abstandswerten wird die Materialdicke errechnet. Dank der hohen Auflösung der konfokalen Sensoren können geringste Abweichungen zuverlässig detektiert werden. Die hohe Präzision von ± 0,25 µm und die Messrate von bis zu 5 kHz ermöglichen eine vollautomatisierte Dickenmessung. Wird der Thickness Gauge über die Linearachse über das Band bewegt, kann das komplette Querprofil ermittelt werden. SENSOR- UND SYSTEMKOMPETENZ Micro-Epsilon entwickelt, produziert und vertreibt ein breites Spektrum an Sensoren, Messsystemen und kundenspezifischen Lösungen. Dabei werden sowohl Sensor- als auch Systemkompetenz aus einer Hand geboten. Das breite Produktspektrum, das auf unterschiedlichen Messprinzipen basiert, ist prädestiniert für die Überwachung von Produktionsprozessen in der Batteriezellenfertigung. Für die Dickenmessung der Batteriefolie stehen verschiedene Messverfahren zur Verfügung, die für die jeweiligen Prozessschritte optimiert sind. Bilder: Micro-Epsilon www.micro-epsilon.de www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2023/03 13