Workshops – Themen und Termine
Die eintägigen Workshops beleuchten in Themenschwerpunkten unterschiedliche Anwendungen und Bauteile in der E-Mobilität. Im Folgenden finden Sie die Details zu den Themen der angebotenen Workshops und die Termine. Die Workshops finden ausschließlich an der Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart auf dem Campus Stuttgart-Vaihingen statt.
Bei den Batteriekasten und -modulen lassen sich derzeit sowohl im Feld als auch in der Entwicklung unterschiedlichste, miteinander konkurrierende Konstruktionsweisen identifizieren. Neben Batteriewannen aus einem Guss kommen Konstruktionen aus Strangpressprofilen, Blechen sowie hybride Strukturen unter Verwendung unterschiedlicher Halbzeugformen und Werkstoffklassen zum Einsatz. Die Art der Konstruktion hat einen erheblichen Einfluss auf die Automatisierbarkeit, Skalierbarkeit und die benötigten Fügetechnologien. Thermomanagement, Crash- und Dichtigkeitsanforderungen sowie national unterschiedliche regulative Vorgaben wirken direkt auf die Gestaltung der Batteriekästen und -module ein. Im Workshop wird der Einfluss dieser Randbedingungen auf die Anforderungen an die Fügetechnologien betrachtet und gemeinsam reale Lösungen sowie deren Vor- und Nachteile diskutiert.
- Konstruktionsweisen von Batteriekästen und -modulen
- Anforderungen aus Temperaturmanagement, Betriebsfestigkeit und Crash
- Umgang mit Dichtigkeitsanforderungen
- Anbindung in die Karosserie
- Lösbare und unlösbare Fügestellen
In den meisten E-Fahrzeugen wird die E-Maschine, ein einstufiges Getriebe, das Differential sowie ggf. auch die Leistungselektronik zu einer sogenannten E-Achse zusammengefasst. Diese wird in der Karosserie fluchtend zwischen den Vorder- oder Hinterrädern platziert und die Antriebsleistung über Kardanwellen auf die Räder übertragen. Damit ist die E-Achse korrosiven Einflüssen ausgesetzt sowie insbesondere die Welle und der Rotor des verbauten E-Motors hohen Lastwechseln unterlegen. Die Gehäuse der E-Achsen werden üblicherweise aus Aluminiumdruckguss hergestellt. Aufgrund der geometrischen Komplexität der Gehäuse sind monolithische Konstruktionen in der Großserie häufig nicht wirtschaftlich darstellbar, weshalb Gussteile und andere Halbzeugformen miteinander sowohl lösbar als auch unlösbar gefügt werden müssen.
Beim Stator des Elektromotors kommen derzeit hauptsächlich Hairpin-Wicklungen zum Einsatz, die prinzipbedingt etwa 400 Fügestellen enthalten. Bei Ausfall einer einzigen dieser Fügestellen verliert das Fahrzeug ein Drittel seiner Antriebsleistung, beim Ausfall einer zweiten kommt es bereits zum vollständigen Ausfall des E-Motors. Hieraus ergeben sich alleine am Beispiel der Hairpin-Wicklung komplexe Anforderungen an Robustheit, Reproduzierbarkeit, mechanische Integrität und insbesondere Schwingfestigkeit der Fügestellen. Im Workshop sollen daher die unterschiedlichen Fügestellen, die eingesetzten Verfahren und die komplexen Anforderungen im Bereich der E-Maschine mit den Teilkomponenten Gehäuse, E-Maschine, Rotor, Abtriebswelle und Leistungselektronik betrachtet werden.
- Aufbau und Konstruktionsweisen von E-Achsen
- Herstellung von Kühlmänteln und Herausforderungen beim Fügen von Gussgehäusen
- Fügetechnische Anforderungen beim Fertigen von Motorwicklungen
- Fügeaufgaben in Rotor, Stator und Wellen
Die Batterie von E-Mobilen führt im Vergleich zu verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen zu einem erheblichen Mehrgewicht, das insbesondere durch Leichtbau der Karosserie kompensiert werden soll. Neben Aluminium-intensivem Leichtbau, Hybridleichtbau, Verwendung von Tailored Blanks und dem Einsatz höchstfester Stähle wird den MegaCastings eine große Rolle im Streben nach Leichtbau zugemessen. Im Workshop werden neue Leichtbautechnologien und die damit einhergehenden Designphilosophien und Konstruktionsmethoden betrachtet. Dabei liegt ein Schwerpunkt auf den technologisch-geometrischen Freiheiten und den Herausforderungen von dünnwandigen Aluminium-Großgussteilen, sogenannten MegaCastings, insbesondere im Zusammenhang von Wirtschaftlichkeit und Stückzahlen.
Im Workshop schauen wir uns gemeinsam an, wie sich die Werkstoffauswahl und die Konstruktion auf die Anforderungen an die Fügetechnologien hinsichtlich Zugänglichkeit, Dichtigkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und der Fähigkeit, unterschiedliche Werkstoffe zu fügen, auswirkt.
- Designphilosophien, Konstruktionsmethoden und deren Auswirkung auf die benötigten Fügetechnologien der Karosserie
- Technologische Freiheiten und Herausforderungen bei der Anwendung und Integration von Großgusskoponenten in die Fahrzeugstruktur
- Fügen neuer, hochfester Werkstoffe, Halbzeuge und Hybridstrukturen
- Einsatz, Herstellung und Auslegung von Tailor Welded Blanks
Die elektrische Verbindung von Batterie, Leistungselektronik und Motor geschieht über Kupfer- oder Aluminiumleitungen mit entsprechend großen Querschnitten. Neben Litzenkabeln kommen hier Hochstromschienen mit meist rechteckigem Vollquerschnitt zum Einsatz. Aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Vorteile, wie geringe Dichte und geringer elektrischer Widerstand sowie der Preis- und Festigkeitsunterschiede, kommen beide Werkstoffe häufig in Kombination vor. Damit sind fügetechnisch anspruchsvolle Querschnitts- und Werkstoffübergänge innerhalb der Hochstromschienen, Modul- und Zellverbinder notwendig. Darüber hinaus sind aus funktionalen Gründen und auch in der Montage insbesondere lösbare Verbindungen verschiedener Querschnitte notwendig.
Ein weiterer fügetechnisch anspruchsvoller Aspekt des Stromübergangs stellt die Zellkontaktierung dar. Überhitzungen, ungewolltes Perforieren der Batteriezelle sowie hohe Ströme durch die Pole der Zelle während des Fügevorgangs können diese nachhaltig beschädigen und selbst nach langen Betriebszeiten zu einem katastrophalen Ausfall führen.
Darüber hinaus müssen elektronische Hochleistungsbauelemente, wie Transistoren, Dioden und Kondensatoren, mit geringsten elektrischen Übergangswiederständen an Hochstromleiter angeschlossen werden. Gleichzeitig muss die thermische Anbindung zur Ableitung von Abwärme fügetechnisch optimiert werden, um eine lange Lebensdauer zu erzielen.
Im Workshop werden die vielfältigen Fügetechnologien zur Zellkontaktierung, Herstellung von Hochstromschienen und Busbars sowie zur Anbindung von Leistungselektronik jeweils anwendungsspezifisch diskutiert. Dabei wird insbesondere auch auf die werkstofftechnischen Aspekte bei Mischverbindungen und die Zugänglichkeits- und Prozesskraftanforderungen eingegangen.
- Anforderungen der Batterie und der Verbindung an die Kontaktierung
- Lösbare und unlösbare elektrische Kontaktierung
- Montage- und Fügereihenfolgen in der Batterieherstellung
- Herausforderung Kupfer- und Alu-Kupfer-Mischverbindungen
- Prozessfähigkeit, Zugänglichkeit und Prozesskräfte in der realen Anwendung