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Qualitätssicherung für Batteriefächer

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Was ist das Batteriefach?

Das Batteriefach dient dazu, die Batterie im Fahrzeug unterzubringen. Es muss mechanisch stabil und an der gesamten Karosserie befestigt sein. Es handelt sich dabei nicht mehr um ein Einzelteil, das einfach am Elektrofahrzeug montiert ist. Das Batteriefach ist heutzutage vollständig in die Karosserie integriert. Die komplexe Aluminiumschweißkonstruktion enthält alle Batteriezellen, Verbindungen und Steuerungen. Außerdem enthalten die Akkupacks mehrere Batteriemodule.

Optische Lasertriangulationsmessung eines Batteriefachs mit ZEISS Horizontalarm-KMG

Lage und Maße

Die Wärmeausdehnung der Akkupacks beim Laden und Fahren kann zu Verdrehen und Verbiegen im Fach führen. Eine Reihe von Kenndaten wie Länge, Durchmesser und Lage der Nuten müssen am Ende der Fertigungslinie entweder in Stichproben oder vollständig automatisiert gemessen werden. Die große Zahl an Eigenschaften macht schnelle Kontrolldurchläufe mit Multisensormessungen erforderlich. Die berührungslosen optischen ZEISS Laserscanner extrahieren Elementdaten im Handumdrehen, während taktile Messkopfsysteme in der Lage sind, Unterschneidungen und andere anspruchsvolle optische Elemente zu erfassen.

Qualität von Schweißnähten

Aufgrund der großen Energiemenge in den Batteriezellen und zur Gewährleistung der Sicherheit der Batterie bei einem Unfall muss das Fach richtig in der Karosserie verbaut werden. Es ist über Verbindungspunkte (d. h. verschweißte Bolzen) an der Karosserie befestigt. Größe und Lage dieser Schweißpunkte sind ein wichtiger Aspekt bei der vollautomatischen Batteriefachmontage und für die Aufnahme von Belastungskräften beim Fahren, beim Laden und bei Unfällen. Aus all diesen Anforderungen folgt ein breites Spektrum an Eigenschaften, die sich mit flexiblen benutzerdefinierten Messkopfsystemen oder Punktewolken-Scanning mit optischen Sensoren von ZEISS abdecken lassen.

Taktile Messung eines Batteriefachs mit einem ZEISS Horizontalarm-KMG

Messung in der Produktionslinie

Aufgrund der Größe des Batteriefachs und der vielen geometrischen Elemente und Schweißverbindungen, die es zu messen gilt, kommt es schnell zu langen Mess- und Inspektionszeiten. Da das Batteriefach eine sicherheitsrelevante Komponente ist, muss sie sehr oft zu 100 % kontrolliert werden. Damit wird neben den Referenzmessungen im Messlabor eine in die Linie eingebundene Lösung für die Produktion benötigt, mit der die wichtigsten Elemente gemessen werden. ZEISS verfügt über eine Reihe von Sensorsystemen, mit denen sich die Mess- und Inspektionstechnik in die Linie einbinden lässt. Industrieroboter bewegen die Sensoren zu den Elementen, die gemessen werden sollen. So werden die Messzeiten kurz gehalten, ohne das Batteriefach zusätzlich auswerfen zu müssen.

Optische Inspektion des Batteriefachs an der Linie

Optische Messungen an einem Batteriefach mit 3D-Messgerät

Vollfeld-Geometrieerfassung

Mit optischen Messgeräten sind Vollfeldmessungen des Batteriefachs per hochpräzise Streifenprojektion möglich. Das Teil wird dabei zügig und höchst genau bei hoher Detailauflösung aus verschiedenen Blickrichtungen digitalisiert. Die Sensoren liefern absolute, korrelationsfreie und rückverfolgbare Messdaten.

Der Bediener erhält Millionen über das Vollfeld verteilte 3D-Koordinaten, die sich mit dem CAD-Modell vergleichen lassen, um Abweichungen und Defekte wie z. B. Verformungen zu erkennen. Anhand von CAD-Daten und Prüfplänen legt die Software vollautomatisch Sensorpositionen und Roboterwege für die Erfassung fest.

Digitaler Zwilling für die Prozess- und Qualitätskontrolle

Ergebnis der Messung ist eine digitale Kopie – ein geometrischer digitaler Zwilling, der die tatsächliche Geometrie des Batteriefachs darstellt. Aus der 3D-Punktewolke lassen sich prozessbezogene Prüfmerkmale wie z. B. die Lage der Befestigungslöcher extrahieren, die sich anhand einer Trendanalyse beurteilen lassen. Anhand von Trendanalysen auf Basis von Vollfeldmessungen lassen sich Veränderungen im Fertigungsablauf frühzeitig erkennen. Bei der Problemanalyse erleichtern es die farbcodierten Oberflächenabweichungen der 3D-Punktewolke, die gewünschte Sollgeometrie zu erreichen. Mit den Form- und Lagetoleranzfunktionen lassen sich Ebenheit oder Flächenprofil von Dichtflächen oder einzelnen Batteriefächern berechnen. Entsprechend einfach lassen sich auch Höhe und Lage der Dichtraupe erfassen.

Abweichungen zwischen digitalem Zwilling und CAD-Daten in GOM Inspect Pro

Digitale Montage

Bei der digitalen Montage kann die Wechselwirkung zwischen Batteriemodulen und Batteriefach begutachtet werden. Montagesituationen lassen sich mit verschiedenen lokalen Ausrichtungen simulieren und optimieren. Auch veränderte Abstände aufgrund thermischer Verformungen der Batteriemodule nach Zyklustests lassen sich unkompliziert ermitteln. Anhand von Oberflächenabweichungen zwischen Batteriemodul und Batteriefach lässt sich darüber hinaus das nötige Volumen Wärmeleitpaste für die einzelnen Batteriefächer berechnen.

Bestimmung des Abstands zwischen Batteriemodul und Batteriefach nach der digitalen Montage

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