Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung mechanischer Fügeverfahren für Batteriekästen

Die Elektromobilität ist ein integraler Bestandteil der sich global vollziehenden Mobilitätswende. Jedoch herrscht am Markt eine große Unklarheit, wie mechanische Fügeverbindungen, hinsichtlich der hohen Zulassungsanforderungen an Batteriekästen, ausgelegt werden müssen. Die Hauptanforderungen an die mechanische Fügetechnik in Batteriegehäusestrukturen sind neben der eigentlichen Verbindungausbildung und zuverlässigen Kraftübertragung, die Sicherstellung der Dichtheit sowie Korrosionsbeständigkeit im Nassbereich eines Fahrzeugs.

Um die beschriebenen Dichtheitsanforderungen hinsichtlich ihrer Beständigkeit zu bewerten, werden zu Projektbeginn zunächst aktuelle Fügekonzepte und -problematiken betrachtet. Nach Ermittlung des Ist-Zustandes der Dichtheitseigenschaften elementarer, mechanischer Fügeverbindungen erfolgt die Dichtheitsoptimierung und Einflussermittlung dichtheitsoptimierter Fügeverbindungen auf deren Tragverhalten. Die Modifikation der Hilfsfügeteilgeometrie, die Verwendung zusätzlicher Dichtelemente sowie die Anpassung der Prozessparameter stellen Möglichkeiten zur Dichtheitsoptimierung dar. Die Dichtheitseigenschaften werden anschließend unter thermischer, medialer als auch mechanischer Belastung erfasst. Abschließend werden die Dichtheitsuntersuchungen auf einen bauteilähnlichen Prüfkörper übertragen, um mögliche geometrische Einflussfaktoren wie notwendige Fügepunktabstände oder zulässige fügebedingte Bauteildeformationen zu erfassen und zu definieren.

Die Forschungsergebnisse erlauben es insbesondere KMU aus Bereichen der System- und Elementhersteller, Dienstleister der Zulieferindustrie und Ingenieurbüros, bestehende Produkte hinsichtlich der Zulassungsanforderungen von Batteriekästen zu optimieren. Konstrukteuren werden Entscheidungshilfen zur Auslegung mechanischer Fügeverbindungen gegeben, wodurch nachträgliche Dichtoperationen entfallen und Überdimensionierungen als Folge einer unzureichenden Auslegung vermieden werden.

Ergebniszusammenfassung:

Der Einsatz von vielfältigen Batteriegehäusen stellt immer mehr Herausforderungen an mechanischen Fügeverfahren dar. Neben der Wiederlösbarkeit sowie der Crashsicherheit sollen die Fügestellen definierte Dichtheitsanforderungen unter anwendungsnahen Randbedingungen erfüllen. Bei der aktuellen Serienfertigung werden die hybridgefügten Batteriekästen durch den Klebstoff pauschal abgedichtet. Allerdings fehlen noch die Kenntnisse über die Dichtheitseigenschaften der mechanischen Fügeverbindungen. Somit lässt sich der Fokus dieses Forschungsprojekts feststellen, die Dichtheitseigenschaften ausgewählter mechanischen Fügeverbindungen zu identifizieren und optimieren. Im Projektverlauf konnte gezeigt werden, dass durch Prozessoptimierung die ausgewählte mechanische Fügeverbindungen eine gute Dichtheitseigenschaft unter definierter Leckage aufwiesen. Die gezielte Dichtheitseigenschaft der Fügeverbindung bei definierter Wiederverschraubung konnte auch durch entwickelte Ansätze erreicht werden. Eine mechanische Zugbelastung in die Fügeverbindung hatte signifikanten Einfluss auf die Verbindungsdichtigkeit, während die Korrosion keinen sichtbaren Einfluss auf die Verbindungsdichtigkeit auswirkte. Beim Fügen bauteilähnlichen Proben hatte der mechanische Fügeprozess primären Einfluss auf die Probendeformation. Durch die optimierten Klebverbindung wiesen die bauteilähnlichen Proben sowohl nach einem Reparaturvorgang als auch unter mechanischen und korrosiven überlagerten Belastungen bis zum definierten Steifigkeitsabfall der Probe gute Dichtheitseigenschaft auf.