E-Mobilität: ZEISS Messtechnik ist Schlüssel für Serienfertigung

ZEISS und VW entwickeln gemeinsam eine Messlösung für Hairpin-Statoren

Der fertig montierte Stator wird auf einer Vorrichtung von ZEISS reproduzierbar fixiert.
In seinem Komponentenwerk in Salzgitter fertigt Volkswagen wichtige Bauteile für den neuen Elektromotor APP 310 für den VW ID.3 mit einem innovativen Hairpin-Stator. Für die Qualitätssicherung des anspruchsvollen Motorkonzepts entwickelte ZEISS zusammen mit Volkswagen eine überzeugende Messlösung.
VW Salzgitter
ZEISS LineScan digitalisiert den ganzen Wickelkopf für einen Abgleich der Punktewolke mit dem CAD-Modell.

ZEISS und VW entwickeln gemeinsam eine Messlösung für Hairpin-Statoren

Kaum ein anderer Fahrzeughersteller setzt so konsequent auf die Elektrifizierung seines Portfolios wie der Volkswagen Konzern. Das erste rein als Elektroauto konzipierte Fahrzeug ist der VW ID.3. Der Kompaktwagen soll schon bald allein in Deutschland jährlich bis zu 500.000-mal vom Band laufen, zusätzliche Werke in anderen Ländern sind bereits geplant. Die wesentlichen Bauteile des Elektromotors entstehen im Volkswagen Group Components Werk in Salzgitter. Beim Stator setzt Volkswagen auf ein innovatives Konzept mit Hairpins.

„Dieses Vorgehen erlaubt uns eine Produktion in hoher Stückzahl, und der Motor bietet zugleich spürbar mehr Leistung bei deutlich weniger Gewicht“, so Philip Kurz, der im Komponentenwerk Salzgitter zuständig ist für Motorplanung und -prüfung. Eine Herausforderung dabei war jedoch die Qualitätssicherung: Durch die Beschaffenheit der Hairpins kamen Messmethoden aus dem traditionellen Motorenbau an ihre Grenzen. Daher entwickelte VW zusammen mit ZEISS im Lauf des letzten Jahres eine Messlösung, die es dem Autobauer ermöglicht, mit der Elektromobilität in Großserie zu gehen.

Der fertig montierte Stator wird auf einer Vorrichtung von ZEISS reproduzierbar fixiert.
Philip Kurz und Pascal Schmidt bei der Vermessung des Hairpin-Stators.

Die Herausforderung

Die Hairpins im Stator des neuen Elektromotors aus beschichtetem Kupfer ersetzen die herkömmliche Wicklung von Kupferdraht. Pascal Schmidt, Mitarbeiter der Qualitätssicherung, erklärt, warum das die klassische Messtechnik überfordert: „Das Kupfer ist leicht verformbar, deswegen können wir es nicht taktil antasten. Außerdem glänzt es und ist halb lichtdurchlässig, ist also auch für optische Sensoren schwer zu erfassen.“ Dazu kommt, dass die Form der gefertigten Hairpins nicht der Einbauposition entspricht. Und der Wickelkopf mit über 100 eingebauten Hairpins muss komplett sensorisch erfasst werden, um sicherzustellen, dass die Hairpins das Gehäuse des Elektromotors nicht berühren. Zudem musste eine effiziente Messstrategie entwickelt werden, die alle Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen an den Elektromotor erfüllt.

Philip Kurz

In der VW-Planung suchen wir nie nur das konkrete Gerät, sondern eine ganzheitliche Messlösung. ZEISS versteht unsere Produkte, die Messaufgabe, und sie entwickeln mit ihrem Portfolio dann die ideale Lösung, die auf unsere Anforderungen bestens abgestimmt ist.

Der Durchbruch

Anfang 2019 begann eine Kooperation zwischen ZEISS und Volkswagen Group Components mit dem Ziel, diese Herausforderungen zu lösen. „Als wir intern unsere Anforderungen an die Sensoren definiert hatten, stellte sich das Multi- Sensor-Koordinatenmessgerät ZEISS PRISMO als die ideale Lösung heraus“, berichtet Kurz. Das Koordinatenmessgerät verfügt in der gewählten Konfiguration über den taktilen Scanning-Messkopf ZEISS VAST XXT, den optischen Formsensor ZEISS LineScan, den chromatischen Weißlichtsensor ZEISS DotScan sowie eine Dreh-Schwenk-Einheit.

Soweit möglich, setzt Volkswagen auf das taktile Verfahren als das genaueste, etwa um das Blechpaket des Stators zu messen. Um den Wickelkopf zu prüfen, kommt ZEISS LineScan zum Einsatz, der diesen als eine Punktewolke für einen Abgleich mit dem CAD-Modell digitalisiert. Zur Vermessung der Hairpins wird ZEISS DotScan verwendet. Für die Prüfung der einzelnen Hairpins vor dem Einbau in den Stator entwickelte ZEISS eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Hairpins so für den Messvorgang einzuspannen, wie sie später i m Stator eingebaut sind. Auch für das Blechpaket entwickelte ZEISS eine Aufspannvorrichtung, die dieses für die taktile Ausmessung reproduzierbar fixiert.

VW Salzgitter
Durch eine Falschfarbendarstellung wird die Abweichung vom CAD-Modell anschaulich visualisiert.

Eine ganzheitliche Messlösung

Da nicht Messtechniker, sondern die Fertigungsmitarbeiter selbst die produzierten Komponenten stichprobenartig prüfen werden, war auch die einfache Bedienbarkeit ein wichtiger Faktor. Pascal Schmidt sieht dafür die besten Voraussetzungen: „ZEISS bietet mit CALYPSO eine übersichtliche Oberfläche mit Bildern und Text, auf der der Mitarbeiter auswählt, was er machen will. Er spannt das zu messende Teil ein, gibt ein, aus welcher Maschine das Teil kommt, wählt das Messprogramm aus, und dann läuft das automatisch ab. Da kann man quasi nichts falsch machen.“

Auch ZEISS PiWeb überzeugt durch die Möglichkeit, einfach und schnell aussagekräftiger Messberichte zu erstellen und Messdaten anschaulich zu visualisieren – etwa mit interaktiven CAD-Ansichten, Formplots, Falschfarbendarstellungen oder Histogrammen. Philip Kurz zeigt sich froh über die Gesamtlösung: „In der Planung suchen wir nie nur das konkrete Gerät, sondern eine ganzheitliche Messlösung. ZEISS versteht unsere Produkte, die Messaufgabe, und sie entwickeln mit ihrem Portfolio dann die ideale Lösung, die auf unsere Anforderungen bestens abgestimmt ist.“

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