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Messtechnik auf E-Mobility-Kurs

Anforderungen von Elektroautos an Mess- und Prüftechnik
Messtechnik auf E-Mobility-Kurs

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Die Merkmale eines Statorblechpakets können innerhalb von 25 s mit dem Inline-Prüfgerät Equator von Renishaw gemessen werden. Bild: Renishaw
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Elektroautos stellen neue Anforderungen an die Mess- und Prüftechnik – im Hinblick auf die Maßhaltigkeit, aber auch durch neue Fertigungsverfahren für Elektromotoren. ❧

Sabine Koll

„In Summe gibt es in einem Elektroauto durch den Wegfall des klassischen Antriebsstrangs deutlich weniger Bauteile, die gemessen werden müssen. Aber die Anforderungen in Richtung Genauigkeit steigen. Zudem werden zunehmend 100-Prozent-Prüfungen verlangt“, sagt Patrick Stempfle, Projektleiter New Energy Vehicles bei Zeiss. „Die größten Veränderungen für die Messtechnik resultieren indes in neuen Fertigungstechnologien für den Elektromotor.“

Nicht mehr die spanende Fertigung steht nach seinen Aussagen im Vordergrund, sondern Biegen, Stanzen und Schweißen. So müssen die Hairpins, also die gebogenen Drähte des Elektromotors, überprüft werden. Oftmals kommt hier für den sogenannten Golden-Part-Ansatz die Zeiss-Software Reverse Engineering zum Zug. Das heißt, mit ihr erfolgt nach einem Scan die Flächenrückführung eines Gutteils, gegen dessen CAD-Daten die weiteren Hairpins in der Folge gemessen werden. Dafür lässt sich auf Multisensor-Koordinatenmessgeräten zum Beispiel ein chromatisch-konfokaler Weißlichtsensor einsetzen, der auch bei glänzenden, spiegelnden Oberflächen funktioniert. Gleichwohl besteht laut Stempfle auch die Anforderung, die Hairpins in der Biegemaschinen-Linie zu überprüfen – etwa ob Reste von Isolationslack darauf zu finden sind. „Hier geht kein Weg an Kamerasystemen vorbei, die Messzeiten im Bereich von etwa 100 Millisekunden bieten“, stellt er klar.

Zeiss positioniert sich ebenso wie andere Messtechnikhersteller als Lösungsanbieter entlang der gesamten Wertschöpfungskette bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen. „Die Messtechnik begleitet auch bei der Elektromobilität den ganzen Produktlebenszyklus von der Phase der Entwicklung und des Designs bis hin zur Massenproduktion“, sagt Rainer Lotz, EMEA President von Renishaw. „Zudem ist die Messtechnik wichtig für die Evaluierung des Fertigungsprozesses, eine schnelle Entwicklung funktionaler Bauteile und deren anschließende fehlerfreie Fertigung. Das gilt sowohl für effiziente hybride Antriebe als auch rein elektrische Antriebe.“

Ein Beispiel dafür, wie neue Fertigungstechnologien und produktionsbegleitende Messtechnik Hand in Hand gehen, sind Statorbleche für Elektromotoren: Bei der Herstellung der einzelnen gestanzten Blechlamellen müssen enge Toleranzen wiederholgenau eingehalten werden, damit später deren optimale Verbindung zu einem Blechpaket mit den geforderten elektrischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften gewährleistet ist. Letztlich haben sie entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad eines Elektromotors. Hexagon hat dafür eine Applikation mit einem optischen Sensor auf einem Koordinatenmessgerät entwickelt. Dieser Sensor prüft Maß-, Form- und Lagetoleranzen der Durchstanzungen in den Blechlamellen. Für palettisierte Blechschnitte wird die gesamte optische Messung in einer Schleife wiede rholt.

Hochgeschwindigkeits-Scans zur Berechnung von Zylindrizität und Konzentrizität

Werden die Bleche zum Stator zusammengefügt, kommt zum Beispiel das Equator Prüfgerät von Renishaw inline zum Einsatz: Es führt Hochgeschwindigkeits-Scans an Statoren zur Berechnung von Zylindrizität und Konzentrizität durch. Eine Kombination aus schnellen Antastpunkten und Scans dient zur Ermittlung der Rechtwinkligkeit des Stators zum Gehäuse. Die für diese Messung erforderliche Zykluszeit dauert gerade einmal 25 s.

Bei der Produktion der Batterie, die rund 30 % der Herstellungskosten eines Elektroautos ausmacht, wird laut Zeiss-Experte Stempfle besonders viel gemessen und geprüft: So wird hier beispielsweise mit Computertomographie (CT) überwacht, ob die einzelnen Elektroden an der richtigen Position sitzen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Und mit Multisensor-Koordinatenmessgeräten werden die Elektroden hinsichtlich ihrer Geometrie vermessen; auch die Qualität der durch den Laser erzeugten Schnittkanten ist dabei interessant. CTs liefern zudem Übersichts-Scans zur Stapelqualität der Pouch-Zellen.

Wie sich die Oberflächen von Pouch-Zellen im Lade- und Entladevorgang sowie unter thermischer Belastung verändern, das hat der Göppinger Messdienstleister Topometric in einem Projekt untersucht. Um zu ermitteln, an welcher Position der Zelle die Veränderungen während des Ladevorgangs auftreten, wurde das Verfahren der 3D-Bewegungsanalyse mittels Bildkorrelation gewählt. Hierbei werden während der Verformung mehrere Bilder des Bauteils aufgenommen. Durch den Einsatz von zwei Kameras können Verschiebungen und Dehnungen dreidimensional gemessen werden.

Kontakt:

Hexagon Manufacturing Intelligence
Hexagon Metrology GmbH
Siegmund-Hiepe-Str. 2–12
35578 Wetzlar
Tel. +4964412070
www.hexagonmi.com

Renishaw GmbH
Karl-Benz-Straße 12
72124 Pliezhausen

Tel. +4971279810

www.renishaw.de

Topometric GmbH
Wilhelm-Zwick-Str. 7
73035 Göppingen
Tel. +49716140790
www.topometric.de

Carl Zeiss AG
Carl-Zeiss-Straße 22
73447 Oberkochen
Tel. +497364206337
www.zeiss.de/messtechnik

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