Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Batterie- und E-Mobility-Produktion: Der Überblick für Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche

Batteriewannen, Modulrahmen, Gehäusedeckel, Kühlplatten, Zellkontaktiersysteme und Zellen entstehen in Linien, die es vor wenigen Jahren so noch nicht gab. Fast alle Projekte in diesem Umfeld werden für eine Vorserie ausgelegt und tragen von Beginn an die Forderung nach einer 100%-Kontrolle, weil das Bauteil in eine Fahrzeugbatterie geht.

Daraus folgen mehrere Zusagen je Bauteil: ein Maß an Dichtfläche und Kühlkanal, eine Identität, die Bearbeitung, Reinigung und Beschichtung übersteht und an der Station Freigabe und Zuordnung auslöst, die richtige und vollständig bestückte Zelle in der richtigen Lage, ein Roboter, der im Takt greift und fügt, und eine Oberfläche ohne Partikel, Poren und Risse.

Die Randbedingungen teilen alle Felder. Die Bauteile sind groß, in der Anwendungspraxis erreichen Wannen 1,2 x 1,3 m bis 1,9 x 1,3 m. Die Zeitfenster reichen von 10 bis 110 s je Bauteil, bis zu 5 Varianten laufen über identische Linien, und montiert wird häufig im Trockenraum. Diese Seite ordnet die Technologien zu acht Themenfeldern und nennt die Kriterien, an denen die Auslegung hängt.

Wichtige Punkte im Überblick

Fast alle Batterieprojekte werden für eine Vorserie ausgelegt und tragen von Beginn an die Forderung nach einer 100%-Kontrolle, weil das Bauteil in eine Fahrzeugbatterie geht.
Daraus folgen mehrere Zusagen je Bauteil, vom Maß an Dichtfläche und Kühlkanal über eine Identität, die an der Station Freigabe und Zuordnung auslöst, bis zu einer Oberfläche ohne Partikel, Poren und Risse.
Statt als Stichprobe am Koordinatenmessgerät fährt die Wanne in der Linie unter 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 hindurch, und Ebenheit, Dellentiefe und Einzelmerkmale kommen aus einem Durchlauf.
Der Data-Matrix-Code ist die Klammer zwischen Prüfung und Rückverfolgbarkeit: Er identifiziert das Bauteil, steuert bei mehreren Varianten die Umschaltung der Prüfprogramme und nimmt die Messergebnisse des Durchlaufs auf.
In Vorserien- und B-Muster-Phasen lohnt der Machbarkeitstest in allen Feldern nach demselben Muster: reale Musterteile im Realzustand über alle Varianten und Bezugsquellen hinweg, ergänzt um bewusst erzeugte Grenzmuster.

Maßprüfung großformatiger Bauteile: flächig in der Linie statt als Stichprobe im Messraum

Ein Koordinatenmessgerät braucht für eine Wanne in dokumentierten Anwendungen 4 Minuten und mehr, was die Prüfdichte auf eine Stichprobe begrenzt. Dellen bleiben dann der Sichtprüfung überlassen, die Ebenheit im unverspannten Zustand oft ungeprüft. In der Linie fährt das Teil stattdessen unter zwei bis vier breiten 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 hindurch, deren Höhenbilder ein gemeinsamer Controller auswertet; in realen Projekten entstehen so Messfelder bis 1,8 x 2,0 m. Ebenheit, Dellentiefe und Einzelmerkmale kommen aus einem Durchlauf, Dellen ab 0,1 bis 0,3 mm Tiefe bei einer Genauigkeit von rund 60 µm. Ohne Vorschub arbeitet ein 3D Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000, die Grenzmuster quantifiziert im Labor ein 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000. Der Fachbeitrag „Ebenheit und Dellen an Batteriewannen und Gehäusedeckeln: großformatige 3D-Messung in der Linie" führt durch Fehlerbilder, Taktzeit und Variantenmix.

Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit: eine Identität für wechselnde Oberflächen

Jedes Strukturteil braucht eine maschinenlesbare Identität, in der Regel einen Data-Matrix-Code mit Seriennummer und Klarschrift, dokumentiert von 6 x 6 mm am Gehäuserand bis 20 x 20 mm auf einer großen Wanne. Die Verfahrenswahl folgt der Oberfläche. Auf Aluminium-Druckguss, Wannen und Modulrahmen arbeitet der 3-Achsen-Hybrid-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-X, auf dünnem Blech als Anlassbeschriftung. Kunststoffgehäuse, Schaumteile und Schrumpfschlauch markiert der 3-Achsen-UV-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-U, weil bei 355 nm die Absorption hoch und der Wärmeeintrag minimal ist.

Ein AI-Codeleser der Modellreihe SR-X liest den frisch gelaserten Code direkt in der Zelle gegen, sodass ein fehlerhaft markiertes Teil ausgeschleust wird. Klarschrift, Etikettenlage und Vollständigkeit von Verschraubungen prüft ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, und wo mehrere Kameras eine kombinierte Code-, Klarschrift- und Oberflächenprüfung tragen, übernimmt das die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G. Der Leitfaden „Batteriekomponenten dauerhaft kennzeichnen: DMC-Laserbeschriftung auf Wanne, Rahmen und Gehäuse" ordnet die Verfahren nach Oberfläche und Folgeprozess.

Oberfläche und Zugänglichkeit: wo beide Felder an dieselbe Grenze stoßen

Silbrig glänzendes Aluminium, Flächen mit Kühlschmierstoffresten und schwarze Compounds mit hohem Füllstoffanteil geben einer kontrastbasierten Optik wenig her. In der Maßprüfung ist deshalb das Höhenbild die robustere Grundlage, in der Kennzeichnung die Auswahl am realen Werkstoff. Bei einem Modulrahmen mit Schrumpfschlauch aus zwei Bezugsquellen war nur eine Variante mit dem Hybridlaser markierbar, der UV-Prozess beherrschte beide. Liegt der Code an einer Kante, in einer Vertiefung oder unten im Rundtakttisch, folgen Autofokus und kamerabasierte Positionserkennung der realen Bauteillage. Größere Höhenunterschiede zwischen Varianten gehören in die Auslegung des Arbeitsabstands der Station, denn der Standard-Betriebsabstand ist nur um rund 20 mm variabel.

Codelesen und Identifikation: was der gelesene Code auslöst

Ist der Code aufgebracht, zählt, was die Station mit ihm tut. In dokumentierten Anwendungen soll er eine Wanne erst nach der Bearbeitung in die Dichtprüfung lassen, ein Prüfergebnis genau einem Modul zuordnen oder an der Zelle den werkseigenen Code statt des Lieferantencodes gelten lassen. Der Codeleser vergleicht gelesene mit registrierten Daten, ein Handgerät gehört an Lesestellen ohne festen Lesepunkt. Der Leitfaden „Identifikation in der Batteriefertigung: wo der gelesene Code Freigabe, Zuordnung und Sperre auslöst" reicht bis zur Brennstoffzelle.

Typunterscheidung: welche Zelle ist das, und liegt sie richtig herum

Eine vorhandene Zelle kann die falsche sein oder verpolt stecken. Die Station entscheidet am Erscheinungsbild, ohne Messwert: zwei Zellformate, Plus- und Minuspol vieler Zellen in einem Bild, Aluminium- gegen Kupferableiter per Vollspektrumsensor der Modellreihe LR-W. Bis acht Varianten trägt der Sortiermodus des Vision-Sensors, darüber die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera der Modellreihe VS mit bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug. Alle drei Fälle vertieft der Leitfaden „Typunterscheidung und Verpolungssicherung an der Batteriezelle: Zellformat, Polarität und Ableitermaterial am Erscheinungsbild erkennen".

Anwesenheit und Vollständigkeit: ist es da, ist alles da, stimmt die Zahl

Ein fehlendes Teil ist oft nach dem nächsten Schritt unsichtbar, die Dichtung unter dem Deckel, der Trenner hinter der verklebten Gehäusewand. Geprüft wird dort, wo das Teil eingelegt wird, ohne Maß, Lage und Fehlerbewertung: belegte Plätze im Zellträger, O-Ringe und Pads, Pins in der HV-Box, das HV-Etikett aus rund zwei Metern. AI Count am Vision-Sensor zählt bis zu 500 Objekte je Werkzeug. Der Leitfaden „Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Batteriefertigung: von der Zelle bis zum fertigen Pack" reicht bis zur Ladesäule.

Lageprüfung und Ausrichtung: liegt es richtig, und wie weit korrigieren

Ein vorhandener Busbar kann verdreht auf seinen Pins liegen, ein Laser schweißt dort, wo das Programm den Tab erwartet. In dokumentierten Anwendungen sollen Elektroden- und Brennstoffzellenlagen vor dem Stapeln geprüft, die Fokushöhe vor dem Tabschweißen bestimmt und die Mittenabweichung eines Rahmens über einen Schlitten ausgeglichen werden. Das Ergebnis geht an Station, Achse oder stationären Prozesskopf. Der Leitfaden „Lage prüfen und ausrichten in der Batteriefertigung: von der Elektrodenlage bis zum Packdeckel" ordnet die Sensorklassen den Lagefragen zu.

Robotik und Automatisierung: das Ergebnis geht an den Roboter

Empfängt ein Roboter die Koordinate, ist es Roboterführung. In dokumentierten Anwendungen soll er Zellblister aus einem Großladungsträger entnehmen, eine Elektronikeinheit trotz FTS-Toleranz per Nullpunktverschiebung auf etwa ±1 mm setzen oder am gebrauchten Pack Schrauben für den Rückbau finden. Für 2D führt die All-in-One Kamera, für Teile im Behälter 3D ROBOT VISION. Der Leitfaden „Robotik und Bildverarbeitung in der Batteriefertigung: vom Greifen der Zelle bis zum Rückbau des Packs" vertieft die vier Fälle.

Oberflächen- und Defektprüfung: den Fehler finden, nicht das Maß

Ein Metallpartikel auf der Elektrode kann beim Stapeln oder Wickeln einen Kurzschluss auslösen. Die Defektprüfung bewertet den Fehler am vorhandenen, richtigen Teil als gut oder schlecht; ist ein Wert mit Toleranz gefragt, bleibt es Maßprüfung. Für die laufende Elektrodenbahn nennen dokumentierte Anwendungen eine encodergetaktete Zeilenkamera, für große Gussgehäuse mehrere Kameras an einem Controller der Modellreihe VS-G. Mehr dazu im Leitfaden „Oberflächen- und Defektprüfung in der Batteriefertigung: von der Elektrodenbahn bis zum Batteriegehäuse".

Vorserie bis SOP: Machbarkeit am Originalteil, Nachweis vor der Abnahme

Batterieprojekte beginnen selten mit einer fertigen Linie. In Vorserien- und B-Muster-Phasen lohnt der Machbarkeitstest in allen Feldern nach demselben Muster: reale Musterteile im Realzustand, über alle Varianten und Bezugsquellen hinweg, ergänzt um bewusst erzeugte Grenzmuster. Für die Messtechnik zählen Wiederholmessungen und ein deutlicher Abstand zwischen Toleranz und Messunsicherheit, für die Kennzeichnung der Lesetest an Teilen, die Reinigung, Lackierung und Folierung durchlaufen haben. Wie tief eine Gravur von etwa 15 µm tatsächlich ist, belegt im Labor ein 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X.

Der Code steuert an vielen Stationen die Umschaltung der Prüfprogramme, wenn mehrere Varianten über dieselbe Linie laufen, und er trägt anschließend das Messergebnis: Ebenheit, Dellenbefund und Einzelmerkmale werden ihm zugeordnet und je Bauteil abgelegt. Gerechnet wird gegen den Messraum-Rückstau, das gebundene Personal der Sichtprüfung und das Risiko einer Reklamation, die im schlimmsten Fall eine komplette Lieferung zurückbringt. Genügt eine i.O./n.i.O.-Aussage, oder müssen Messwerte und Codegüte je Bauteil dokumentiert werden? Diese Frage prägt die Auslegung stärker als die Wahl des einzelnen Sensors.

Häufige Fragen

F Wie lässt sich die Ebenheit einer Batteriewanne im unverspannten Zustand prüfen?

Das Bauteil fährt frei aufliegend unter mehreren 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 hindurch, die ein flächiges Höhenbild des gesamten Teils erzeugen. Die Ebenheit wird daraus ohne Aufspannung ausgewertet, also in dem Zustand, in dem das Teil später verbaut wird. Toleranzen von ±0,2 mm zwischen Bohrungen bis ±2,5 mm über das Gesamtteil sind in der Anwendungspraxis üblich.

F Bleibt die Kennzeichnung nach Reinigung, Lackieren und Folieren lesbar?

Nur wenn das Verfahren darauf ausgelegt wurde. Nach dem Beschriften wirken Plasmareinigung, Laserreinigung vor dem Drahtbonden sowie Lack-, Beschichtungs- und Folienschichten auf dasselbe Teil, und in einem dokumentierten Fall gab die fehlende Kratzfestigkeit den Ausschlag gegen ein Verfahren. Der Lesetest gehört deshalb an Teile, die den echten Prozess durchlaufen haben, nicht an frisch markierte Muster.

F Wie unterscheiden sich Anwesenheitsprüfung, Typunterscheidung und Codelesen an einer Station?

Die Anwesenheitsprüfung fragt, ob ein Teil an seiner Stelle ist, etwa eine Zelle im Halter oder ein Etikett auf dem Pack. Die Typunterscheidung entscheidet am Erscheinungsbild, welche Zelle dort steckt und ob sie richtig herum liegt. Wird der Typ über Code, Etikett oder Klarschrift bestimmt und gibt die Station damit frei oder ordnet zu, ist das Codelesen. Kommt die Variante aus dem Auftrag und prüft die Station nur, ob deren Teile da sind, bleibt es eine Vollständigkeitsprüfung.

F Wann wird aus einer Lageprüfung eine Roboterführung?

Das entscheidet der Empfänger des Ergebnisses. Greift, fügt oder führt ein Roboter mit der Koordinate ein Werkzeug, ist es Roboterführung, auch bei einem Prozessroboter mit Laser oder Dosierdüse. Geht die Lage an eine Station, eine Achse, einen Schlitten oder einen stationären Prozesskopf, bleibt es eine Lageprüfung, selbst wenn ein Roboter das Teil nur vorführt.

F Wie hängen Messergebnis und Rückverfolgbarkeit zusammen?

Der Data-Matrix-Code ist die Klammer. Er identifiziert das Bauteil, steuert bei mehreren Varianten die Umschaltung der Prüfprogramme und nimmt anschließend die Messergebnisse des Durchlaufs auf. So entsteht je Wanne oder Deckel ein Protokoll mit Ebenheit, Dellenbefund und Einzelmerkmalen, das für Audits und Reklamationen abrufbar bleibt. Ein Codeleser der Modellreihe SR-X sichert dabei schon in der Markierzelle, dass der Code überhaupt decodierbar ist.