Mobilitätswende beginnt in der Fertigung

Nachhaltige Mobilität entsteht nicht erst auf der Straße, sondern bereits in der Fertigung. Elektromotoren, Steckverbinder, Einspritzsysteme, Brennstoffzellen und Batteriezellen arbeiten nur dann dauerhaft effizient und sicher, wenn die relevanten Geometrien stabil beherrscht werden. Jede früh erkannte Abweichung vermeidet Ausschuss, Nacharbeit und unsichere Prozesszustände. Messtechnik leistet damit einen direkten Beitrag zu Ressourcenschonung, langer Lebensdauer und verlässlicher Funktion. Der Beitrag zeigt an fünf Anwendungen, wie Koordinatenmessgeräte von Werth Messtechnik mit Optik, Taster, Computertomografie und Multisensorik kurze Messzeiten, hohe Auflösung, hohe Genauigkeit und verfügbare Systeme verbinden.

Vier Anforderungen, ein gemeinsames Muster

Dünne Elektrobleche, filigrane Kontakte, innenliegende Düsengeometrien, großflächig geprägte Platten und sicherheitskritische Zellen unterscheiden sich in Werkstoff, Geometrie und Stückzahl erheblich. Die Anforderungen an die Messtechnik folgen dennoch einem gemeinsamen Muster. Kurze Messzeiten sichern den Durchsatz der Serienfertigung, hohe Auflösung macht feine Strukturen und beginnende Defekte sichtbar, hohe Genauigkeit erhält die nutzbare Fertigungstoleranz, und verfügbare Systeme vermeiden Stillstände in der fertigungsbegleitenden Prüfung. Für die Genauigkeit gilt die aus der Prüfprozesseignung bekannte Faustregel, dass die Messunsicherheit um den Faktor 10 kleiner sein sollte als die Toleranz. Je größer die Messunsicherheit, desto schmaler wird die nutzbare Fertigungstoleranz und desto mehr grenzwertige Werkstücke müssen nach den Entscheidungsregeln der ISO 14253-1 vorsorglich verworfen werden. Genauere Messgeräte schonen dagegen die Fertigungstoleranz, weil das Toleranzband den Fertigungsmaschinen erhalten bleibt und nicht von der Messtechnik aufgezehrt wird. Sie senken so Ausschuss- und Prüfkosten, auch wenn sie in der Anschaffung teurer sind. Am stärksten sinken die Kosten jedoch durch stabile, beherrschte Prozesse. Wer Trends erkennt, bevor Werkstücke die Toleranz verlassen, reduziert Ausschuss und Nacharbeit an der Quelle.

Rotor- und Statorbleche für Elektromotoren

Hohe Stückzahlen treffen bei Rotor- und Statorblechen auf empfindliche, dünne Werkstücke. Ein Elektroblech für Traktionsmotoren ist typischerweise nur 0,2 mm bis 0,35 mm dick, und der Trend zu dünneren Lamellen reduziert Wirbelstromverluste und steigert den Wirkungsgrad. Grate an den Stanzkanten sind dabei mehr als ein kosmetisches Problem. Sie können die Isolationsbeschichtung benachbarter Bleche durchdringen und Lagenkurzschlüsse verursachen, die zu Erwärmung und Wirkungsgradverlust führen. Zugleich ist Gratbildung ein Frühindikator für den Verschleiß des Stanzwerkzeugs. Wer sie im Trend überwacht, kann Werkzeuge zustandsorientiert warten statt starr nach Intervall. Viele wiederkehrende Geometrien müssen in kurzer Zeit geprüft werden, und weil Antastkräfte die dünnen Bleche verformen können, sind Stege, Gratbildung, Ebenheit und Verzug berührungslos und hochauflösend zu erfassen. Das Koordinatenmessgerät ScopeCheck® FB DZ von Werth Messtechnik ist mit Rasterscanning HD für diese Serienprüfung ausgelegt. Beim Rasterscanning nimmt der Bildverarbeitungssensor das Werkstück während der Achsbewegung in vielen überlappenden Einzelbildern auf, die zu einem Gesamtbild mit bis zu 20.000 Megapixeln zusammengesetzt werden. Das Verfahren steht von den hochgenauen VideoCheck®-Baureihen bis zu den fertigungsnahen ScopeCheck®-Geräten zur Verfügung. So lässt sich das gesamte Blech ohne Umspannen erfassen, und Prozessschwankungen werden früh sichtbar, bevor sie Ausschuss oder instabile Folgeprozesse verursachen.

Steckverbinder und feine Pin-Geometrien

Steckverbinder stehen für eine typische Prüfaufgabe der Elektrifizierung. Mit 800-V-Bordnetzen, Ladeinfrastruktur und wachsender Sensorik steigt die Zahl der Kontakte je Fahrzeug ebenso wie die Anforderung an jeden einzelnen. Abweichungen der Pin-Position erhöhen Steckkräfte und Übergangswiderstände, was bei Hochvolt-Steckverbindern zu unzulässiger Erwärmung und bei Signalkontakten zu Ausfällen von Assistenz- und Ladefunktionen führen kann. Für die feinen Pin-Geometrien sind Strukturauflösungen von 20 µm oder besser erforderlich. Rasterscanning HD erfasst große Werkstücke mit vielen Merkmalen in Sekunden und ist 50-mal schneller als konventionelle Bildverarbeitung. Viele Kontakte sind zudem umspritzt oder im montierten Zustand von außen nicht mehr zugänglich. Hier erweitert die Computertomografie von Werth den Blick zerstörungsfrei auf das vollständige Werkstückvolumen. Dazu wird das Werkstück auf einem Drehtisch aus vielen Richtungen mit Röntgenstrahlung durchstrahlt, und aus den Projektionen rekonstruiert die Software ein dreidimensionales Volumenmodell mit allen Außen- und Innengeometrien. Die Werth TomoScope®-Geräte messen 10-mal schneller als vergleichbare CT-Systeme. Die Software WinWerth® visualisiert Ergebnisse wie Pin-Positionen oder Einbaulagen so, dass sie direkt für die Prozesssteuerung nutzbar sind.

Einspritzdüsen für Benzin, Diesel und Wasserstoff

Einspritzdüsen bleiben für verschiedene Antriebskonzepte relevant, vom optimierten Verbrennungsmotor bis zum Wasserstoffantrieb. Die kritischen Merkmale liegen häufig im Inneren. Die Spritzlochdurchmesser moderner Injektoren betragen oft nur 100 µm bis 200 µm, und Form wie Kantenverrundung der Bohrungen bestimmen Spraybild, Verbrauch und Emissionen, was mit verschärften Abgasnormen weiter an Gewicht gewinnt. Beim Wasserstoffantrieb kommen Dichtheit und neue Werkstoffpaarungen hinzu, weil das trockene Gas anders als flüssige Kraftstoffe nicht schmiert. Grate und Toleranzen im Bereich weniger Mikrometer entscheiden über Durchfluss und Dauerhaltbarkeit. Eine rein äußere Prüfung reicht dafür nicht aus. Die Computertomografie von Werth erfasst Außen- und Innengeometrien wie Sackloch und Nadelsitz zerstörungsfrei und vollständig. Grate werden nicht nur erkannt, sondern gemessen und neutral bewertet. Für besonders kleine, hochgenaue taktile Messaufgaben bis hin zur Rauheit ergänzt der Werth Fasertaster® WFP das Spektrum. Der seit rund 30 Jahren etablierte Mikrotaster mit 20 µm Kugel arbeitet mit geringen Antastkräften und erreicht Merkmale, die für konventionelle Taster kaum zugänglich sind.

Bipolarplatten für Brennstoffzellen

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff direkt in elektrische Energie um, mit Wasser als einzigem Reaktionsprodukt. Bipolarplatten sind dabei zentrale Funktionsbauteile. Sie trennen die einzelnen Zellen des Stacks voneinander, verteilen die Gase über feine Kanalstrukturen gleichmäßig über die aktive Fläche, leiten den elektrischen Strom von Zelle zu Zelle und führen über Kühlkanäle die Reaktionswärme ab. Für die Messtechnik bedeutet das die flächige Prüfung großer, fein strukturierter Werkstücke. Metallische Bipolarplatten werden aus Folien von teils unter 0,1 mm Dicke geprägt oder hydrogeformt. Die Kanalstrukturen messen nur wenige hundert Mikrometer. Weil ein Stack aus mehreren hundert Platten besteht, addieren sich Ebenheits- und Dickenabweichungen über den Stapel und beeinflussen Anpressdruck, Kontaktwiderstände und die Dichtheit gegenüber Wasserstoff. Auch Prägetiefen, Dichtflächen und Werkzeugversatz wirken unmittelbar auf Funktion und Prozesssicherheit. Zugleich darf die Messung die empfindlichen Flächen nicht mechanisch beeinflussen. Werth Multisensorik kombiniert dafür schnelle optische Verfahren mit berührungslosen Abstandssensoren. Rasterscanning HD prüft die großen Plattenflächen in kurzer Zeit, und der hochgenaue chromatische Abstandssensor Werth CFP (Chromatic Focus Point) misst Prägetiefen, Ebenheit und Verzug ohne mechanische Beeinflussung. Mit dem stufenlosen Dreh-Schwenk-Gelenk WRT lässt er sich senkrecht zu geneigten Flächen ausrichten. Serienfreigaben lassen sich so beschleunigen, Ausschussquoten reduzieren und Prozessdaten für Werkzeugkorrekturen und stabile Fertigungsfenster gewinnen, gerade im Serienanlauf, wenn Prägewerkzeuge iterativ korrigiert werden.

Batteriezellen und 100%-Prüfung

Am dichtesten bündeln sich die Anforderungen bei Batteriezellen. Terminal, Überhänge, Jelly-Roll-Geometrie, Delaminationen und Partikel müssen in Sekunden und mit hoher Auflösung geprüft werden. Der Anodenüberhang ist dabei ein sicherheitskritisches Maß. Überragt die Anode die Kathode nicht zuverlässig, droht Lithium-Plating mit Kapazitätsverlust und Kurzschlussgefahr. Metallische Partikel und Delaminationen im Zellinneren können interne Kurzschlüsse bis hin zum thermischen Durchgehen auslösen. Nach der Montage ist die Computertomografie das einzige Verfahren, das solche innenliegenden Merkmale zerstörungsfrei sichtbar macht und misst. Die 100%-Prüfung wird damit zum zentralen Fertigungsthema. Werth TomoScope®-Systeme mit Werth HighResLonglife-Röntgenquelle und KI-gestützter automatischer Defekterkennung adressieren diese Aufgabe. Defekte von wenigen Mikrometern werden dabei erkannt, bis zu 35-mal schneller und auf einem Viertel der Stellfläche vergleichbarer Lösungen. Die hochauflösende Werth Röntgenquellen mit 130 kV bis 230 kV ermöglichen bei gleicher Auflösung 5-mal schnellere Messungen als konventionelle Reflexionsquellen. Ihr Wartungszyklus von zwölf Monaten fällt mit der regulären Gerätewartung zusammen. Der Parallelbetrieb von zwei Geräten in einer Prüfstation halbiert die Taktzeit, beispielsweise von 30 Sekunden auf 15 Sekunden, und schafft zugleich Redundanz bei Wartung und Störung. Regulatorischen Rückenwind gibt zudem die EU-Batterieverordnung (EU 2023/1542), die mit Batteriepass und CO2-Fußabdruck-Deklaration lückenlose Dokumentation und Rückverfolgbarkeit verlangt.

Rückführbar messen, fähig prüfen

Quer durch alle Anwendungen verlangt die Automobilindustrie nach IATF 16949 nachweisbar geeignete Prüfprozesse, deren Eignung üblicherweise nach VDA Band 5 bewertet wird. Koordinatenmessgeräte mit Computertomografie werden nach der Richtlinie VDI/VDE 2617 Blatt 13 und der ISO 10360 Teil 11 spezifiziert und abgenommen. Ergänzend bietet Werth CT-Koordinatenmessgeräte mit Kalibrierung nach den Vorgaben der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) an, die in der Automobilindustrie seit einigen Jahren verpflichtend ist. Rückführbares Messen im gesamten Werkstückvolumen steht damit auf derselben normativen Basis wie die klassische taktile und optische Koordinatenmesstechnik.

Beherrschte Prozesse als gemeinsamer Nutzen

Die Beispiele zeigen, dass nachhaltige Mobilität keine einzelne Messtechnologie verlangt, sondern die passende Kombination aus Sensorik, Geschwindigkeit, Auswertung und Verfügbarkeit. Optik, Taster, Computertomografie und Multisensorik ergänzen sich, wenn Außenkonturen, Innengeometrien, Mikrostrukturen und empfindliche Flächen prozessnah zu bewerten sind. Für Fertigungsverantwortliche zählt dabei mehr als Präzision im Messraum. Entscheidend sind sichere Freigaben, reduzierte Ausschussquoten, verfügbare Systeme und Messdaten, die direkt zur Prozesssteuerung beitragen. Messtechnik wird so zum Baustein einer wirtschaftlichen, sicheren und ressourcenschonenden Fertigung und damit zu einem Fundament der Mobilitätstransformation.