E-Mobilität Die richtige Schraubverbindung für Elektrofahrzeuge

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Die E-Mobilität stellt veränderte Ansprüche an die Schraubtechnik. Die gewohnten Materialien und Designs für C-Teile müssen überdacht werden und die elektrischen Anforderungen, Korrosionsschutz, Explosionsschutz und die Gewichtsreduktion einbeziehen. Mit welchen Entwicklungen die Branche reagiert, zeigen die Aussteller der Schraubtec.

Die Elektromobilität bringt neue Herausforderungen für die Verbindungstechnik und Schraubmontage in Fahrzeugen mit sich. Hochvoltspeicher erfordern andere Sicherheitsfunktionen, und der Trend zu SUVs mit schwereren Batterien setzt Verbindungselemente stärkeren Belastungen aus. In der Vergangenheit montierten Maschinen hauptsächlich Motorenteile, Getriebe oder Teile des Antriebsstrangs vollautomatisch mit Mehrfachschraubern. „Sichere Prozesse sind in solchen Anlagen recht einfach umzusetzen“, erklärt Michael Loosen, Produkt Manager beim Werkzeugspezialisten Desoutter. In Elektrofahrzeugen sind es dagegen in erster Linie die Batterie und die Stromschienen sowie elektrischen Verbindungen, die montiert werden müssen und als kritisch eingestuft werden.

Einfach gute Verbindungen

Regionale Fachmesse für Schraubverbindungen

SchraubTec verbindet Wissen und Experten der industriellen Verbindungstechnik. Ob in der Ausstellung oder in kostenlosen Fachvorträgen: In persönlicher Atmosphäre können Sie sich über Verbindungstechnik, Schraubverbindungen, Schraubtechnik, Schraubwerkzeugen sowie Einkauf, Beschaffung und Management von C-Teilen informieren. Der Besuch ist kostenlos.

Weitere Informationen zur SchraubTec

Wie das in der Praxis funktionieren kann, demonstrieren ART, GWK, Haller + Erne, Jäger Handling, PTS Group und Bosch Rexroth auf der Messe Schraubtec West in Bochum am 13. September 2023 bei der Live-Montage eines Batteriemoduls. Dabei greifen die Experten auf ein flexibles Baukastensystem zurück und kombinieren verschiedene Technologien, die einen ergonomischen und prozesssicheren Ablauf gewährleisten. Gemeinsam wollen die Zulieferer ihren Kunden in der Automobilindustrie so die Möglichkeit zu bieten, verschiedene am Markt erhältliche Lösungen ohne Qualitäts- oder Effizienzverluste zu kombinieren.

Schraubtec West

Live-Montage eines Batteriemoduls zeigt Produktkompatibilität

Auswahl der Verbindungselemente und richtige Montage sind entscheidend

Matthias Jokisch, General Manager von Conti Fasteners, weist darauf hin, dass unterschiedliche Temperaturen und Drücke während des Betriebs und der Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen die Schraubverbindungen dynamisch beanspruchen. Diese zusätzlichen Belastungen können die Vorspannkraft verringern und sogar die Verbindungen lösen. Diese Verluste könnten die Leistung elektrischer Komponenten beeinträchtigen und im schlimmsten Fall das gesamte Fahrzeug ausfallen lassen. Um diesen Herausforderungen entgegenzuwirken, entwickelte Conti Fasteners spezielle gewindefurchende Schraubsysteme mit der Taptite-Technologie. Laut Jokisch sind diese Schrauben besonders sicher und ermöglichen höhere Vorspannkräfte. „Neben der richtigen Auswahl des Verbindungselements mit einem entsprechenden Korrosionsschutz je nach Einsatzbereich, ist auch die richtige Auslegung der Verbindungsstelle sowie die korrekte Montage der Schraube entscheidend dafür, um eine sichere Verbindung herzustellen“, so Jokisch.

Die Montage von Batteriesystemen erfordert zudem lange Prozesszeiten, weiß Franziska Zachmann, Product Management Joining Technologies bei Bosch Rexroth: „Es reicht nicht, die Mitarbeiter kurz einzuweisen. Daher ist eine Schritt-für-Schritt Führung notwendig“. Hierzu kann auf ein Werkerführungssystem zurückgegriffen werden und zusätzlich ein Positionserkennungssystem zum Einsatz kommen. Allerdings wird laut Zachmann bei der Einführung von Elektrofahrzeugen zunächst versucht, die Kosten einer voll automatisierten Anlage zu vermeiden und handgeführte Systeme einzusetzen. Das setze erhöhte Anforderungen an die Prozesssicherheit voraus.

Auch Michael Loosen erwartet weiterhin einen großen Anteil an manuellen Montageschritten bei der Fertigung der kritischen Bauteile. „Die Bauteile sind sehr komplex. Teilweise sind es mehrere hundert elektrische Verbindungen, welche in einer festen Reihenfolge manuell montiert werden müssen. Hier sehen wir die Notwendigkeit, diese Montagereihenfolge nicht nur vorzugeben, sondern auch lückenlos zu überwachen – jedoch ohne den Werker bei seiner Tätigkeit zu behindern oder diese zu verlangsamen.“

Simulation und Werkerführung sorgen für Sicherheit

Deshalb spielen im Bereich der Entwicklung und Montage von Schraubverbindungen computergestützte Simulationen und Tests eine immer wichtigere Rolle. Obwohl die Technologie noch in der Entwicklung ist, werden bereits anwendungstechnische Versuche in kundenspezifischen Bauteilen durchgeführt, deren Ergebnisse nach den Worten von Jokisch in die Montage einfließen.

Andreas Grebien vom Spezialisten für Schraubautomaten und Handschrauber Stöger sieht für diese Anwendungen enormes Potenzial in Künstlicher Intelligenz, Maschinellem Lernen sowie Augmented- und Virtual-Reality-Lösungen. „Diese Technologien können dazu verwendet werden, Montagemuster zu identifizieren und präventive Wartungsmaßnahmen vorzuschlagen. Zusätzlich könnten automatisierte Qualitätskontrollsysteme durch Bildverarbeitung die Schraubverbindungen in Echtzeit überprüfen und eventuelle Abweichungen korrigieren“, meint Grebien.

Automatisierungsprozesse holen auf

Die Automatisierung der Montageprozesse macht schnell Fortschritte, besonders bei der Zuführung. Wenn Maschinen die Teile automatisch zuführen, verkürzen sie beispielsweise die Verschraubungszeiten erheblich. Sie können das nächste Verbindungselement bereits während des Verschraubens zuführen. „Die Automatisierung von Schraub- und Verbindungsprozessen mithilfe von Schraubspindeln mit automatischer Zuführung verfolgt das Ziel, Montageaufgaben schnell, kosteneffizient und zuverlässig zu erledigen. Sensorik, Steuerung und Antrieb ergänzen und sorgen für eine kundenoptimierte Anlagentechnik“, sagt Michael Steidl, Director Product Management bei der Weber Group.

Bei Verschraubungen von Spannungen von 60 V bis 1.000 V DC greift das Unternehmen bei den Schraubsystemen mit automatischer Zuführung beispielsweise auf einen isolierten Bit sowie einen isolierten Klinkensatz zurück. Für die Isolation der Bauteile kommen dabei Keramik- und Kunststoffmaterialien zum Einsatz. Außerdem berücksichtigt das Spindelkonzept wichtige Luft- und Kriechstrecken und verhindert metallischen Abrieb, um eine hohe technische Sauberkeit zu gewährleisten.

Langfristige Schraubensicherung und Überwachung der Schraubwerkzeuge

Mit Blick auf den langfristigen, sicheren Betrieb betont Michael Loosen, dass die verschraubten elektrischen Verbindungen zuverlässig funktionieren müssen. „Hier spielt natürlich das Design der Schraubverbindung und das gewählte Schraubverfahren mit seinen Parametern die entscheidende Rolle. Diese Schraubfallauslegung ist in der Regel abgeschlossen, wenn die entsprechenden Betriebsmittel beschafft werden. Wir empfehlen später im laufenden Betrieb die eingesetzten Schraubwerkzeuge einer regelmäßigen Überwachung zu unterwerfen, damit sichergestellt wird, dass diese Parameter auch zuverlässig über den Einsatzzeitraum zur Anwendung kommen.“ Entsprechende Messtechnik und geeignete Verfahren sind deshalb besonders wichtig. Gerade die Richtlinien des VDI zur Schraub- und zugehörigen Prüftechnik geben hier laut Loosen die notwendige Orientierung für die Anwender, um eine (rechts-)sichere Montage im Betrieb dauerhaft umzusetzen.

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