Wie sich Trockenräume besser ausrichten lassen

Ob klassische Lithium-Ionen- oder Feststoff-Akkus: Batteriezellen brauchen in Forschung und Produktion ein extrem trockenes Klima, weil ihre Aktivmaterialien stark mit Feuchtigkeit reagieren. Um Personen, Prozesse, Produkte und die Anlage zu schützen, werden Arbeiten an Batterien deshalb in Trockenräumen durchgeführt. Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit der Batterien steigt aber auch ihr energetisches Potenzial – und damit die Bedeutung der Trockenheit.

Von der Idee bis zum fertig konzipierten Trockenraum ist es daher meist ein weiter Weg. Bereits kleinere Änderungen beim Taupunkt oder bei der Anzahl der Personen im Raum können zu aufwändigen Umplanungen führen, was den Kostenrahmen erheblich beeinflusst. Um technische Anforderungen und budgetäre Rahmenbedingungen zusammenzubringen, bedurfte es deshalb meist langwieriger Korrektur- und Anpassungsschleifen.

Faktoren und Auswirkungen online durchspielen

Mit dem neuen Online-Konfigurator kann schnell und einfach ein erstes Konzept für einen Trockenraum erstellt und am Rechner gemeinsam mit dem Kunden optimiert werden. Das beschleunigt die Planung und sorgt für mehr Transparenz: Änderungen einzelner Faktoren und Parameter sind direkt simulierbar und Auswirkungen auf die Auslegung des Trockenraums werden umgehend angezeigt. Unterschiedliche Auslegungen lassen sich dabei direkt miteinander vergleichen. Erst nach Abschluss der Grobplanung und Bestimmung eines ersten Kostenrahmens beginnt die Feinplanung in der Konstruktionsabteilung.

Die Rolle der Entfeuchtung

Die Luftentfeuchtung ist ein energieintensiver Prozess. Bis zu 60 Prozent der für die Batterieproduktion benötigten Energie wird hierfür benötigt, was erhebliche Kosten verursacht. Für eine effiziente Lösung ist deshalb die optimale Abstimmung aller Parameter bereits bei der Planung eines Trockenraumes ausschlaggebend. Die drei häufigsten Störfaktoren für die Effizienz und Luftentfeuchtung sind: 1. Leckagen, 2. die Luftabsaugung in der Produktion und 3. die Menschen, die sich im Trockenraum aufhalten.

Planung der einzelnen Parameter

Das Simulationstool geht in einem systematischen Prozess alle relevanten Faktoren durch. Der Planungsprozess startet mit dem Trockenraum-Grundriss. Die gewünschten Abmessungen werden einfach per Schieberegler eingestellt, Auswahlmöglichkeiten, wie abgehängte Decken, lassen sich per Knopfdruck ergänzen. Anschließend werden Wandaufbau, Leckage-Raten und der Taupunkt ausgewählt. Dabei lassen sich auch Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck sowie die Abwärme von Maschinen und gewünschte Luftwechselraten einstellen.

Einflussfaktor Mensch kalkulieren

Da ein Mensch pro Stunde rund 120 Gramm Wasser an die Umgebung abgibt, hat die Anzahl der im Trockenraum arbeitenden Personen einen großen Einfluss auf die Luftentfeuchtung. Eine zusätzliche Person bedeutet erhebliche Änderungen sowohl in den technischen Anforderungen als auch bei den Kosten. Der Online-Konfigurator zeigt deshalb auch alternative Szenarien auf. So kann beispielsweise der Betrieb mit einer unterschiedlichen Anzahl an Personen simuliert und die Auswirkungen auf Technik und Kosten betrachtet werden.

Luftabsaugung und Luftreinheit bei Trockenräumen berücksichtigen

Ein weiterer möglicher Problemfaktor sind Prozessabgase, die beispielsweise beim Schweißen von Batteriezellen entstehen. Diese müssen schnell und sicher abgeführt werden. Die benötigte Abluftmenge steigert den Bedarf an zu trocknender Frischluft. Mit dem Online-Konfigurator lassen sich hierfür konkrete Werte eingeben und verschiedene Szenarien durchspielen. Das gilt auch für mögliche Anforderungen an die Luftreinheit. Hier können die bei der Batteriefertigung üblichen Reinheitsklassen ISO 7, 8 oder 9 auf Knopfdruck eingeplant werden. Ein wichtiger Aspekt, um die wegen der zunehmenden Leistungsdichte immer dünner werdenden Schichten der Batterien vor Staub und Verunreinigungen zu schützen.

Im Fokus: Optimale bedarfsgerechte Auslegung

Sind alle Parameter bestimmt, berechnet der Online-Konfigurator die Auslegung von Trockenraum und Entfeuchtungstechnik. Letztere arbeitet in der Regel zweistufig. In der Vortrocknung senken Adsorptionstrockner den Feuchtigkeitsgehalt der Frischluft aus der Umgebung, in der zweiten Stufe wird die Luft auf den Zielwert getrocknet.

Dabei wird das von Weiss Technik entwickelte Active Leakage Management (ALM) automatisch berücksichtigt. Dieses reduziert durch eine Vielzahl von Maßnahmen die Leckage-Raten deutlich. Dazu gehören die intelligente Anpassung der Luftwechselrate wie auch der Einsatz von Textilschläuchen für die Lufteinblasung. Außerdem werden überwiegend innenliegende Luftkanäle, weniger Durchführungen und verschweißte Rückluftkanäle eingesetzt. Nach der Auslegung und Optimierung des Trockenraumes kann zeitnah ein erster Kostenrahmen berechnet werden. Nach Freigabe schließt sich die Feinplanung des Trockenraums direkt an.

Turbo für den Bestellprozess

Julian Kalmus, Projektleiter bei Weiss Technik und Mitentwickler des Online-Konfigurators, ist begeistert von den Möglichkeiten: „Ziel ist nicht, über den Konfigurator direkt eine fertige Bestellung auszulösen – dafür sind Trockenräume viel zu komplex. Aber der Konfigurator beschleunigt den Bestellprozess erheblich und macht die Planung transparent.“ Kunden können im Konfigurator sofort sehen, wie sich bereits minimale Änderungen auf die Gesamtkonfiguration auswirken und welche Alternativen realisierbar sind.