Kundenmagazin Horizons 2026
Ein Unmögliches Teil? Einteilig gefertigte Kupfer- und Aluminium-Batteriepole
Aron Müller
Leiter Technischer Vertrieb, Feintool
Aron Müller, Leiter Technischer Vertrieb, entwickelte die Lösung für die Prägung der Batteriepole gemeinsam mit dem technischen Team von Feintool.
Man könnte annehmen, dass diese EV-Batteriekomponenten gefügt werden müssen, doch Schweissen beeinträchtigt die Leistung. Feintool fertigt die Batteriepole mittels extrem anspruchsvoller Prägung einteilig – ganz ohne Schweissen.
Zu den wichtigsten Komponenten für die Nutzung von Batteriestrom in einem Elektrofahrzeug gehören die Batteriepole, das heisst das Teilepaar, das Kontakt mit der Batteriezelle hat und sich lediglich im Material unterscheidet. Das Batteriezellengehäuse ist mit je einem Batteriepol aus Kupfer (Anode) und Aluminium (Kathode) versehen. Zusammen schliessen diese den Stromkreis und verbinden die Zelle mit dem restlichen Fahrzeug. Allerdings beeinträchtigt insbesondere das derzeit gängige Fertigungsverfahren, bei dem nietenähnliche Stifte auf eine Platte geschweisst werden, die elektrische Leistung.
Feintool has successfully created single-piece copper and aluminum battery poles through a four-stage forming operation using a fineblanking press. Two different sides of the same set of rivetless, non-welded parts are seen here.
„Die Schweissverbindung hat immer einen höheren Widerstand und ist daher eine weniger effiziente Konstruktion“, sagt Aron Müller, Leiter Technischer Vertrieb bei Feintool.
Ausserdem entstehen durch die vielen Komponenten und den Schweissvorgang Variablen, die zu einer grösseren Komplexität und Fehleranfälligkeit führen.
Feintool fragte sich, ob die Batteriepole nicht auch aus beiden Materialien einteilig – ganz ohne Fügen – hergestellt werden könnten, indem die Stifte aus der Metallplatte geprägt würden.
„Das hat es (bislang) noch nicht gegeben“
Die Antwort hätte „Nein“ lauten können. Erhaben geprägte Merkmale sind in der Regel weniger hoch. Um einen Batteriepol einteilig zu fertigen, musste für dieses Design ein 6,4 mm hoher Stift aus der Oberfläche einer letztendlich nur 1,5 mm dicken, ebenen Platte geformt werden.
„Als ich Leute zum ersten Mal darauf ansprach, hiess es, dass das nicht funktionieren würde. Das hat es noch nicht gegeben“, sagt Müller. Er hatte selbst Zweifel. Die Höhe des Stifts schien die Grenzen der Formgebung des Materials zu überschreiten. „Aber dann“, sagt er, „begannen wir intern, zu diskutieren und uns zu fragen, was genau nicht funktionieren würde. Warum dachten wir, dass es nicht funktionieren würde?“
Diese Fragestellung führte das Feintool-Werkzeugtechnikteam zu technischen Simulationen und Experimenten und schliesslich zur erfolgreichen Lösung: einteilige, massiv geformte Batteriepole aus Aluminium und Kupfer.
Der Ausgangsrohling für die geformten Batteriepole ist nicht rechteckig, sondern kissenförmig. Der Rohling ist rechts im Vergleich zur Form der Polplatte dargestellt. Die Rohlinge werden feingeschnitten und anschliessend mittels Prägung umgeformt. Die Kissenform ergibt nach der Umformung ein Endprofil, das dem beabsichtigten Rechteck sehr nahekommt, sodass nur minimales Beschneiden erforderlich ist.
Der Prozess
Der Rohling für diese Teile ist zwei- bis dreimal so dick wie das Endmass der ebenen Platte. Die Umformung erfolgt in vier Stufen einer Transfersequenz in einer Feinschneidpresse mit 4.500 bis 8.800 kN Pressdruck (weil Kupfer etwa die doppelte Kraft benötigt wie Aluminium, so Müller). Das Material wird sowohl zum zentralen Stift als auch zur dünneren Platte geformt.
Während die finale Platte rechteckig ist, hat der ursprüngliche, viel dickere Rohling eher die Form eines Kissens (siehe Abbildung). Diese Ausgangsform ergab gemäss der Analyse des Teams ein Formprofil, das dem beabsichtigten Rechteck am nächsten kommt. Da die fast finale Form bereits durch die Umformung erzielt wird, fällt beim endgültigen Beschnitt weniger Materialverlust an. „Aluminium und Kupfer sind teuer. Wir wollten minimalen Materialverbrauch“, sagt Müller.
Um den Rohling so radikal umzuformen, muss massive Kraft äusserst kontrolliert und präzise angewendet werden. Die Präzisionsanforderungen an den zentralen Stift beinhalten eine Rundlauftoleranz von 0,05 mm. „Der Weg vom Butzen zum Stift bei gleichzeitiger Ausdünnung der Platte unter Einhaltung der geforderten Toleranzen ist extrem schwierig“, sagt Müller. „Er stellt auch grosse Herausforderungen an die Werk-zeuge und Maschinenelemente.“
Er bemerkt, dass die Kraft im Transfer-Werkzeug auf verschiedene Arbeitsgänge entlang der Presse verteilt wird. Um die geforderte Präzision zu erzielen, wird diese Kraft gespiegelt, das heisst, es finden mehrere Prägevorgänge für mehrere identische Teile gleichzeitig statt. Er sagt: „Selbst für die kleinste praktikable Version dieses Prozesses bräuchte man je eine Transfermatrize nach vorne und hinten, sodass die aufgrund der massiven Prägung ungleichen Kräfte immer durch die Mitte der Presse gespiegelt werden.“
Herkömmliche Batteriepole bestehen aus einem Stift, der auf eine dünne Platte geschweisst wird. Der Fügeschritt verursacht Prozessvariablen und die Schweissnaht beeinträchtigt die elektrische Leitfähigkeit. Unten: Platzierung der Batteriepole auf dem Zellenfach.
Die einteiligen Batteriepole sind derzeit noch Prototypen, die vom Kunden für die Übernahme in die Produktion geprüft werden. Der Kunde stellte jedoch nicht nur hinsichtlich der Abmessungen, sondern auch hinsichtlich der Materialhärte hohe Anforderungen, meint Müller. Die Aluminiumpole erfordern einen erhöhten Härtegrad. Diese Härte hätte eine Herstellung der Teile durch Umformen unmöglich gemacht, ohne die Maschine zu überlasten. Durch die Umformung im Transfer-Werkzeug entsteht eine Kaltverfestigung. Das Team beschloss, diesen Effekt zu nutzen und den Prozess mit weicherem Aluminium zu beginnen. Die Möglichkeit, weicheres Metall als Ausgangsmaterial zu nutzen,war einer der Faktoren für die erfolgreiche Lösung. Das Feintool-Team findet solche Erfolgsfaktoren nur, indem es zunächst unmöglich erscheinende Anwendungen hinterfragt und nicht einfach akzeptiert.
Das Teil
Aluminium- und Kupfer-Batteriepole
Funktion
Diese Teile leiten den Strom aus der Batteriezelle einer EV-Batterie.
Herausforderung
Eine Schweissverbindung erhöht den elektrischen Widerstand und schafft eine potenzielle Fehler-quelle in der Produktion.
Lösung
Einteilige Produktion durch Umformen. Mit einer 8.800-kN-Feinschneidpresse werden in einem extrem anspruchsvollen Verfahren gleichzeitig ein erhabener Mittelstift und eine dünne rechteckige Platte geprägt.
Kundennutzen
- Verbesserte Leistung: bessere Leitfähigkeit, reduzierte Wärmeentwicklung und mechanische Stabilität.
- Weniger Teile: weniger Schritte und Variabilitätsquellen, geringeres Fehlerpotenzial.
- Verbesserter Arbeitsablauf: besser skalierbares Verfahren zur Steigerung des Produktionsvolumens.
- Grössere Zuverlässigkeit: einteilige Konstruktion eliminiert eine Fehlerstelle und verlängert die Lebensdauer.
