An die im Unterbodenbereich der Fahrzeugstruktur integrierten Batteriegehäuse werden vielfältige fügetechnische Anforderungen gestellt. Das Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) bietet in diesem Zusammenhang innovative Lösungen für großserientaugliche Fügeverfahren.
Anforderungen an die Fügbarkeit von Batteriegehäusen
LWF
Im Falle einer Reparatur des Antriebs von E-Fahrzeugen ist es häufig erforderlich, die Deckelverbindung des Batteriegehäuses zu entfügen, und zwar ohne die Fügepartner zu beschädigen. Die bevorzugte Multimaterial-Profilbauweise mit teilweise einseitiger Zugänglichkeit der Fügestelle ist vor allem in Bezug auf die Großserientauglichkeit der Fügeverfahren eine Herausforderung. Aufgrund der Positionierung des Batteriegehäuses im exponierten Unterbodenbereich des Fahrzeugs ist eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit essentiell. Neben der Übertragung mechanischer Schwingbelastungen und der Gewährleistung der Integrität im Crash-Fall gilt es für die Fügetechnik, die Funktionsdichtheit zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen und weiteren schädigenden Einflüssen über die gesamte Fahrzeuglebensdauer zu gewährleisten. Somit ergibt sich ein umfangreiches Anforderungsprofil.
Anwendungsnahe Füge-, Prüf- und Bewertungsmethoden
Das LWF an der Universität Paderborn ist eine national und international renommierte Forschungseinrichtung, insbesondere für mechanisches und thermisches Fügen, Kleben sowie Hybridfügen. Neben der mechanischen Charakterisierung der Verbindungen unter statischer, quasistatischer, zyklischer und schlagartiger Belastung sind sämtliche automobilspezifischen Alterungstests – sowohl einzeln als auch mit überlagerten mechanischen Belastungsprofilen – durchführbar. Crash-Tests können mit einem Schlittenprüfstand an gefügten Bauteilprüfkörpern unter verschiedenen klimatischen Bedingungen realitätsnah durchgeführt werden. Ein weiteres Arbeitsgebiet ist die Entwicklung von experimentellen und numerischen Methoden zur Auslegung und numerischen Simulation von Verbindungs- und Bauteileigenschaften.
In Kooperation mit der Automobilindustrie entwickelt das LWF in zahlreichen anwendungsnahen Projekten geeignete Prüf- und Bewertungsmethoden zur Beurteilung der Dichtheit und Langzeitbeständigkeit der Batteriegehäuseverbindungen unter medialer und mechanischer Belastung. Dazu werden beispielsweise gängige (Hybrid-)Fügeverfahren hinsichtlich der Erfüllung der geforderten Grenzleckage-Raten anhand von Laborprüfkörpern mittels Druckdifferenzprüfung und Helium-Schnüffel-Lecksuche untersucht und die Fügeparameter für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert. Zusätzlich können Musterbatteriegehäuse zur Berücksichtigung des Bauteil- und Fertigungseinflusses seriennah mit Industrierobotern gefertigt und Dichtheitsprüfungen unter überlagerter hygro-thermischer-mechanischer (htm) Belastung geprüft werden, um die Fügbarkeit sowie die Langzeitbeständigkeit der Dichtheitseigenschaften unter betriebsrelevanten Belastungen abzusichern.