Stojan, spinki uzwojenia i wirnik – czyli serce silnika – pochodzą z fabryki VW w Salzgitter. Innowacyjna koncepcja stojana oparta o wsuwki, które kształtek przypominają spinki do włosów („hairpin”), stworzyła zupełnie nowe wyzwania w zakresie kontroli jakości. Wsparcie w obszarze kontroli jakości produkcji tych elementów silnika dostarcza ZEISS. Dzięki temu seryjna produkcja napędu elektrycznego na dużą skalę może przebiegać bez przeszkód”.
Maksymalny moment obrotowy 310 niutonometrów, maksymalna prędkość moc silnika 204 KM i zasięg 550 kilometrów. To podstawowe dane ze specyfikacji VW ID.3, pierwszego produkowanego w pełni elektrycznego pojazdu Volkswagena. To pierwszy z serii kompaktowych samochodów elektrycznych. Elektryczna przyszłość VW to nawet 500 000 samochodów ID.3 w samych Niemczech, a kolejne zakłady produkcyjne w innych krajach o dużym popycie na samochody elektryczne, takich jak Chiny, będą w dalszym ciągu zwiększać tę liczbę.
 |
| Schemat budowy platformy MEB. Silnik znajduje się przy osi tylnej, po prawej stronie (c) Volkswagen |
Podstawowe komponenty silnika elektrycznego APP 310 - będące częścią platformy modułowej macierzy napędu elektrycznego (MEB) Volkswagena - są produkowane w zakładzie Volkswagen Group Components w Salzgitter. Należą do nich wirnik i stojan. W przypadku stojana Volkswagen zdecydował się na innowacyjny projekt wykorzystujący technologię typu ""spinki do włosów"". Umożliwia ona wytwarzanie stojanów w czasie zbliżonym do silników spalinowych, ale to nie jedyna zaleta: „Silnik typu „ hairpin” jest zauważalnie mocniejszy niż standardowe napędy elektryczne, a także znacznie lżejszy” - wyjaśnia Philip Kurz, który jest odpowiedzialny za projektowanie i testowanie silników w fabryce komponentów w Salzgitter. Jak mówi Kurz, jest to technologia, nad którą pracuje wielu producentów, „ale bez wątpienia jesteśmy pierwszymi, którzy osiągnęli produkcję seryjną na dużą skalę.” Ale kluczowy element układanki - zapewnienie jakości - sprawił początkowo zakładowi problem. Własności ""spinki"" uniemożliwiają pomiar metodami stykowymi lub optycznymi tradycyjnie stosowanymi przy produkcji silników. Z tego powodu firma ZEISS we współpracy z firmą Volkswagen w ciągu roku opracowałą rozwiązanie pomiarowe, które spełnia wszystkie wymagania VW i umożliwia seryjną produkcję pojazdów elektrycznych na dużą skalę."
Zapewnienie jakości produkcji całkowicie nowego rodzaju silników
Nowy stojan zastosowany w silniku elektrycznym APP 310, wykorzystuje miedziane szpilki zamiast tradycyjnej cewki z drutu miedzianego. W zautomatyzowanym procesie są one wyginane na kształt ponadgabarytowych spinek do włosów. Ze względu na kształt i materiał, z którego wykonana została spinka oraz proces ich wytwarzania, skuteczność tradycyjnej techniki pomiarowej okazała się ograniczona - wyjaśnia Pascal Schmidt, członek Zespołu Zapewnienia Jakości w Salzgitter. „Miedź łatwo się odkształca, dlatego nie możemy używać metod stykowych. Ponadto jest błyszczący i półprzeźroczysty, co utrudnia wykrywanie przez czujniki optyczne”.
 |
| Pascal Schmidt z Działu Zapewnienia Jakości i Philipp Kurz z Działu Projektowania i Testowania Silników w trakcie pomiaru (c) Volkswagen |
Sytuację tę utrudnia fakt, że kształt wyprodukowanych elementów nie odpowiada kształtowi, jaki mają, gdy są one już zainstalowane jako grupa w wycięciach stojana. I wreszcie, obudowa całości wymagała zupełnie nowego podejścia. Głowicę uzwojenia, która składa się z ponad 100 elementów "hairpin", należało zeskanować. Wirtualna strefa ochronna instalacji "hairpinów" odpowiadająca wymiarom obudowy napędu elektrycznego wyznaczała granicę, którą pod żadnym pozorem nie wolno przekroczyć i dopuścić do zetknięcia się z nią szpilek. W związku z tym Volkswagen potrzebował rozwiązania pomiarowego zdolnego z jednej strony do pomiaru elementów "hairpin", a jednocześnie umożliwiającego skanowanie całej głowicy uzwojenia i szpilek zarówno w trakcie produkcji, jak i po instalacji. Musieli także opracować skuteczną strategię pomiarową zdolną do spełnienia wszystkich ustawowych i wewnętrznych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i jakości napędu elektrycznego. Napęd zdolny do osiągnięcia prędkości do 16 000 obr / min wymaga komponentów najwyższej jakości.
Rozwiązanie: systemy multisensorowe i dostosowany indywidualnie sprzęt
„Dokładność nigdy nie była problemem” - podkreśla Philip Kurz. „W tradycyjnej produkcji silników jest to przecież kwestia tysięcznych części milimetra. Tolerancje w naszym napędzie elektrycznym są mniejsze. O wiele ważniejsza była kwestia wykonalności pomiaru". Na początku 2019 roku ZEISS i Volkswagen Group Components w Salzgitter rozpoczęły wspólny projekt, którego celem było znalezienie rozwiązania dla tych wyzwań związanych z zapewnieniem jakości. „Kiedy już zdefiniowaliśmy wewnętrznie wymagania dotyczące głowic, stało się jasne, że multisensorowa współrzędnościowa maszyna pomiarowa ZEISS PRISMO jest idealnym rozwiązaniem” - mówi Kurz. W wybranej konfiguracji współrzędnościowa maszyna pomiarowa jest wyposażona w stykową skanującą głowicę pomiarową ZEISS VAST XXT, optyczną głowicę skanującą ZEISS LineScan i chromatyczną głowicę światła białego ZEISS DotScan, a także przegub obrotowo-uchylny. Tam, gdzie to możliwe VW woli stosować metodę stykową, ponieważ jest to metoda najbardziej precyzyjna. Wirtualna strefa ochronna pinów jest sprawdzana za pomocą głowicy ZEISS LineScan. Zbiera ona chmury punktów, które można następnie porównać z docelowym modelem CAD. Spinki są mierzone za pomocą głowicy ZEISS DotScan.
 |
| Pomiar głowicą laserową ZEISS LineScan (c) Volkswagen |
Aby sprawdzić poszczególne spinki przed ich zamontowaniem na stojanie, firma ZEISS opracowała urządzenie umożliwiające zamocowanie spinek do pomiaru w dokładnie takiej samej pozycji, w jakiej będą znajdować się po zainstalowaniu w stojanie. „Nie jest to bynajmniej nowa procedura. Jest również używana na przykład w budowie nadwozi. Nazywamy to mistrzowskim dżigiem ”- mówi Philip Kurz. „Teraz po raz pierwszy stosujemy tę technikę w produkcji silników. „Ponadto firma ZEISS opracowała specjalne uchwyty, które umożliwiają odpowiednie zamocowanie wiązki spinek w celu uzyskania powtarzalnych pomiarów dotykowych ”.
Wspólnie opracowane, kompleksowe rozwiązanie
Doświadczenie ZEISS w obszarze maszyn pomiarowych było tylko jednym z wielu czynników, które przekonały Volkswagena do współpracy. „Kolejnym decydującym punktem dla nas było to, że sprzęt i oprogramowanie bezproblemowo ze sobą współpracują” - powiedział Kurz. „Obsługuję poprzez ZEISS CALYPSO wszystkie typy głowic. Wszystkie dane pomiarowe są gromadzone w tym systemie i jestem w stanie dokumentować wszystko na bieżąco w ZEISS PiWeb. To kompleksowe rozwiązanie, niewiarygodnie inteligentne, stabilne i przyjazne dla użytkownika"". Jest to szczególnie ważne dla Volkswagena, ponieważ zapewnienie jakości napędu elektrycznego odbywa się bezpośrednio w trakcie produkcji. To nie inżynierowie pomiarowi, ale pracownicy produkcji codziennie przeprowadzają wyrywkowe kontrole produkowanych i montowanych podzespołów. Pascal Schmidt, który nadzoruje pracowników produkcyjnych wykonujących te zadania, mówi, że są do tego optymalnie przygotowani: „CALYPSO ZEISS oferuje przejrzysty interfejs z obrazami i tekstem, który umożliwia operatorowi wybór zadania pomiarowego. Operator wstawia mierzoną część, wpisuje z jakiego pojazdu pochodzi ta część, wybiera program pomiarowy, a reszta przebiega automatycznie. Praktycznie nic nie może pójść źle ”. ZEISS PiWeb przekonuje również możliwością szybkiego i łatwego generowania znaczących raportów pomiarowych oraz przejrzystej wizualizacji danych pomiarowych - w tym widoków CAD, wykresów formularzy, map chromatycznych i histogramów.
 |
| Odchylenia od modelu CAD jest wizualizowane w postaci mapy chromatycznej |
Również Philip Kurz jest zadowolony, że Volkswagen Group Components znalazł kompleksowe rozwiązanie dla najnowszej generacji napędów: „Potrzebuję dobrego sprzętu od dostawców, którzy rozumieją, o co toczy się gra. ZEISS tworzy wyjątkowe, starannie opracowane produkty. Ci z nas, którzy planują, nigdy nie szukają konkretnych urządzeń, ale kompleksowego rozwiązania pomiarowego. ZEISS rozumie naszą produkcję i nasze potrzeby pomiarowe i jest w stanie opracować w ramach swojego portfolio idealne rozwiązanie, które najlepiej odpowiada naszym wymaganiom"". Volkswagen może teraz skupić się na realizacji swoich docelowych wielkości produkcji. Dodatkowe modele platformy MEB, takie jak elektryczny SUV VW ID.4 i coupe VW ID.5, są już na blokach startowych. Przyszłość elektrycznego napędu Volkswagena jest pełna potencjalnych zastosowań - a dzięki rozwiązaniom pomiarowym opracowanym wspólnie przez ZEISS i Volkswagena ta przyszłość jest teraz gwarantowana.
_________________________________
W dniach 25-28 maja 2021 roku ZEISS przedstawi cykl czterech bezpłatnych seminariów online. Tematem jednego z nich są rozwiązania ZEISS wykorzystywane do kontroli jakości w produkcji pojazdów napędzanych alternatywnymi źródłami energii. Aby wziąć udział w webinarium należy zarejestrować się na stronie: https://www.zeiss.pl/metrologia/kampanie/zeiss-innovation-rocks-po-polsku.html
Więcej o rozwiązaniach ZEISS dla sektora eMobility: https://www.zeiss.pl/metrologia/innowacj-i-technologia/rozwi_zania-zeiss-emobility.html
