Explosionsgeschützter Kasten für die Luftfahrt: Vom Multi-Lieferanten-Risiko zu 99,5 % Chargenqualifikationsrate

Von der Prototypenvalidierung bis zur stabilen Serienfertigung eines hochgeschützten Batteriegehäuses für die Luftfahrt

Lagerboxen für Lithiumbatterien in der Luftfahrt müssen mehr leisten als eine Batterie aufzunehmen. Sie müssen Gewicht reduzieren, extremer interner Hitze widerstehen, umgebende Ausrüstung schützen und unter anspruchsvollen Einbaubedingungen dicht bleiben.

Für dieses Projekt musste ein Kunde aus der Luftfahrttechnik eine explosionsgeschützte Bordbatteriebox überarbeiten. Das Produkt sollte leichter, optisch hochwertiger und zuverlässiger sein als vergleichbare Produkte auf dem Markt.

Die Herausforderung war komplex, weil das Bauteil nicht mit einem einzigen Verfahren gefertigt wurde. Erforderlich waren Blechbearbeitung aus Edelstahl, Prototyping mit PA-Material, Spritzguss, Montage, Dichtheitskontrolle und vollständige Leistungsprüfung.

Yijin Solution lieferte eine Komplettlösung von der Designoptimierung und Multi-Prozess-Prototypenfertigung bis zur Formenentwicklung, Serienfertigung und abschließenden Qualitätsprüfung. Das Endprodukt erreichte eine stabile Serienproduktion mit einer Qualifizierungsrate von 99,5 %, während der gesamte Entwicklungs- bis Produktionszyklus um 30 % verkürzt wurde.

Projektübersicht

Hintergrund: Eine Hochschutzbox mit Fertigungsrisiko über mehrere Prozesse

Der Kunde benötigte eine aufgerüstete explosionsgeschützte Aufbewahrungsbox für Lithiumbatterien, die in Bordgeräten eingesetzt werden. Das Produkt musste den Einbau in Flugzeugen ermöglichen, daher waren Gewicht, Dichtheit, Feuerbeständigkeit und Wärmeschutz entscheidend.

Die Struktur umfasste zwei Hauptkomponenten. Der innere Liner wurde aus Edelstahlblech gefertigt. Die Außenschale verwendete PA-Material und musste von 3D-gedruckten Prototypenmustern auf spritzgegossene Serienteile umgestellt werden.

In einer traditionellen Lieferkette müsste der Kunde mehrere Lieferanten koordinieren: ein Konstruktionsteam, eine Blechfabrik, einen 3D-Druck-Anbieter, einen Formenbauer und eine Spritzgießerei. Jede Übergabe könnte Verzögerungen, Missverständnisse bei Zeichnungen, Maßabweichungen oder Leistungsschwankungen verursachen.

Der Kunde wollte einen einzigen Fertigungspartner, der den gesamten Prozess steuern konnte. Er brauchte ein Team, das das Design optimieren, funktionsfähige Prototypen bauen, die Leistung testen, Produktionswerkzeuge vorbereiten und stabile Serienteile in einem einzigen Workflow liefern konnte.

Die wichtigsten Probleme

1. Zu viele Lieferanten erhöhten das Projektrisiko

Das Produkt umfasste Blech, 3D-Druck, Spritzguss, Montage und Prüfung. Wenn diese Prozesse auf verschiedene Fabriken verteilt sind, wird die Kommunikation langsam und Fehler werden leichter übersehen.

Eine kleine Abweichung zwischen dem Edelstahl-Innenliner und der PA-Außenschale könnte Montage, Dichtheit und den endgültigen Schutz beeinträchtigen. Bei einem Produkt für den Flugeinsatz waren diese Risiken nicht akzeptabel.

2. Leichtbau und Schutz waren schwer in Einklang zu bringen

Der Kunde brauchte eine leichtere Box, aber das Produkt musste weiterhin strenge Anforderungen an Brandschutz, Wärmedämmung, Festigkeit und Dichtheit erfüllen.

Die zentrale Anforderung war anspruchsvoll: Nach einem Verbrennungstest einer vollständig geladenen 300-Wh-Lithiumbatterie musste die innere Struktur Temperaturen über 1000 °C widerstehen, während die Außenflächentemperatur bei höchstens 70 °C blieb.

Dies erforderte mehr als die Materialauswahl. Es brauchte strukturelle Optimierung, Wärmedämmungsdesign, Prozesskontrolle und Leistungstests.

3. Konsistenz zwischen Prototyp und Serienfertigung war schwer zu gewährleisten

Die ersten Außenschalen-Muster wurden im 3D-Druck gefertigt. Die Serienschalen sollten im Spritzguss hergestellt werden.

So entstand ein typisches Risiko. Wird der Schwund beim Spritzgießen nicht frühzeitig berücksichtigt, können die Teile aus der Serienfertigung von den freigegebenen 3D-Druck-Mustern abweichen. Das kann zu schlechter Passung, Dichtungsversagen oder instabilem Verhalten nach der Produktionsübernahme führen.

Warum sich der Kunde für Yijin Solution entschieden hat

Der Kunde wählte Yijin Solution, weil das Projekt mehr als einen einzigen Fertigungsprozess erforderte.

Drei Fähigkeiten waren besonders wichtig.

Erstens konnte Yijin Solution Blechfertigung, 3D-Druck, Formenbau, Spritzgießen, Montage und Qualitätsprüfung in einem geschlossenen Prozessablauf.

Zweitens konnte unser Engineering-Team das Design vor Produktionsbeginn auf Gewichtsreduzierung, Wärmedämmung, Abdichtung und Fertigungsgerechtheit optimieren.

Drittens musste der Kunde nur mit einem Projektteam zusammenarbeiten. Das reduzierte das Koordinationsrisiko und erleichterte den Übergang von der Prototypenprüfung zur stabilen Serienfertigung.

Fertigungsansatz von Yijin Solution

Hochgeschützte Luftfahrtgehäuse lassen sich nicht allein durch Versuch und Irrtum entwickeln. Struktur, Material, Verfahren, Montage und Prüfplan müssen von Anfang an aufeinander abgestimmt sein.

Für dieses Projekt hat Yijin Solution den Workflow auf vier Hauptziele ausgerichtet: Gewicht reduzieren, Aussehen verbessern, Wärmeübertragung kontrollieren und zuverlässige Abdichtung gewährleisten.

1. Konstruktionsoptimierung für Leichtbau

Der Edelstahl-Innenmantel wurde optimiert, um die Wandstärke zu reduzieren und gleichzeitig die erforderliche Strukturfestigkeit zu erhalten.

Für die PA-Außenschale hat Yijin Solution die Wandstärke und das Verstärkungslayout angepasst, um Gewicht zu reduzieren, ohne das Gehäuse zu schwächen. Das Team hat außerdem das äußere Erscheinungsbild mit klareren Linien und einer Gitterverstärkungsstruktur verbessert.

Dies half dem Produkt, sowohl funktionale als auch visuelle Anforderungen für Luftfahrtausrüstung zu erfüllen.

2. Brandschutz- und Wärmedämmkonstruktion

Um das Ziel des Wärmeschutzes zu erreichen, entwarf Yijin Solution eine Wabenstruktur aus Edelstahl als Innenauskleidung. Diese Struktur wurde mit einer Hochtemperatur-Isolierschicht kombiniert, um den Wärmeübergang vom Batteriebrandbereich auf die Außenseite der Box zu reduzieren.

Das Design wurde auf die zentrale Testbedingung des Kunden ausgelegt: interne Beständigkeit gegen Temperaturen über 1000 ℃ und externe Temperaturkontrolle bei oder unter 70 ℃ nach einem vollständig geladenen 300-Wh-Lithiumbatterie-Brandtest.

Die thermische Performance wurde bereits in der Konstruktionsphase berücksichtigt und nicht als Anpassung im letzten Schritt behandelt.

3. Optimierung der Dichtungsstruktur

Die Dichtfläche und die Dichtungskomponenten wurden optimiert, um einen langfristigen Schutz zu gewährleisten.

Das Ziel war, die Anforderung des Kunden zu erfüllen: kein Wasserüberlauf nach 30 Minuten Bewegung und 6 Stunden Standzeit. Das Design musste zudem montagefreundlich und bei wiederholter Nutzung zuverlässig bleiben.

Yijin Solution hat die Dichtungsstruktur zusammen mit dem Montageprozess überprüft, um das Risiko von Leckagen durch Toleranzketten oder schlechte Teilepassung zu reduzieren.

4. Prototypenfertigung mit Blech und 3D-Druck

Nach der Designbestätigung fertigte Yijin Solution die ersten funktionsfähigen Muster mit hauseigener Blechbearbeitung und 3D-Druck.

Der Edelstahl-Innenliner wurde durch Laserschneiden, präzises Biegen und Argon-Arc-Schweißen gefertigt. Die PA-Außenschale entstand im 3D-Druck zur schnellen Verifikation von Optik und Montage.

Da beide Prozesse intern durchgeführt wurden, konnte das Team nach der Montage schnell die Passung zwischen Innenfutter und Außenschale prüfen. Dies half, Maßhaltigkeit, Aussehen und Struktur zu bestätigen, bevor auf Produktionswerkzeuge umgestellt wurde.

5. Leistungstests und schnelle Iteration

Der Prototyp durchlief eine vollständige Reihe von Leistungsprüfungen, darunter Hochtemperatur-Brandschutzprüfung, Wärmeisolationsprüfung bei Verbrennung einer 300-Wh-Lithiumbatterie, Dichtheitsprüfung bei Bewegung und stehendem Wasser sowie Gesamtgewichtsverifizierung.

Während der Tests stellte das Team ein geringfügiges Verformungsproblem im Griffbereich unter Belastung fest. Yijin Solution aktualisierte die 3D-Zeichnung innerhalb von zwei Arbeitstagen, indem die Basis des Verschlusses um 1,5 mm verstärkt wurde.

Das aktualisierte Muster wurde anschließend gefertigt und erneut getestet. Da alle wichtigen Prozesse im Haus abgewickelt wurden, musste das Team nicht auf die Terminplanung externer Fabriken warten.

6. Spritzguss-Werkzeugentwicklung und Produktionsübergabe

Nachdem der Prototyp die geforderten Standards erfüllte, begann Yijin Solution mit der Vorbereitung der PA-Außenschale für den Spritzguss.

Unsere Formenwerkstatt hat das Spritzgusswerkzeug im Haus entwickelt. Das Formenteam arbeitete anschließend mit unserer Spritzgusswerkstatt zusammen, um Probeschuss und Parameteranpassung abzuschließen.

Der Schwund von PA-Material kann sich unter verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen ändern. Um dies zu kontrollieren, führte das Team sechs Runden der Feinabstimmung der Spritzgussparameter durch.

Dadurch konnte die wesentliche Maßabweichung zwischen den spritzgegossenen Serienteilen und den früheren 3D-gedruckten Mustern innerhalb von ±0,15 mm gehalten werden.

Dies trug dazu bei, die Montagegenauigkeit zu erhalten und das Risiko von Leistungseinbußen beim Übergang vom Prototyp zur Serienfertigung zu verringern.

7. Serienfertigung und Qualitätskontrolle über den gesamten Prozess

Während der Serienfertigung setzte Yijin Solution auf Parallelfertigung über die Blechlinie und die Spritzgusslinie.

Der Prozess der Edelstahl-Innenauskleidung umfasste Schneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlung. Der Prozess der PA-Außenschale umfasste Spritzguss, Maßprüfung und Montagepassungsverifizierung.

Nach der Endmontage wurden Proben aus jeder Charge auf Feuerbeständigkeit, Dichtheit und Gewicht geprüft. So wurde sichergestellt, dass die Serienteile mit dem freigegebenen Prototyp übereinstimmten.

Yijin Solution lieferte zudem Produkttestberichte und Leistungsdokumentation mit der Lieferung.

Projektergebnisse

1. Brandschutz- und Wärmedämmleistung erfüllte das Ziel

Das Endprodukt erfüllte die thermischen Schutzanforderungen des Kunden.

Der Innenliner aus Edelstahl-Wabenstruktur widerstand Innentemperaturen über 1000 °C. Nach einem Verbrennungstest einer vollständig geladenen 300-Wh-Lithiumbatterie blieb die Außentemperatur der Box kontrolliert bei höchstens 70 °C.

Dies half dem Produkt, die Brandschutzanforderungen für Einbauszenarien in der Luftfahrt zu erfüllen.

2. Dichtheitsprüfung hat den geforderten Test bestanden

Das Gehäuse bestand den Dichtheitstest des Kunden.

Nach 30 Minuten Bewegung und 6 Stunden Standzeit trat kein Wasserüberlauf auf. Dadurch war das Produkt für komplexe luftgestützte Betriebsumgebungen geeignet, in denen ein zuverlässiger Schutz erforderlich ist.

3. Gewicht und Aussehen wurden verbessert

Die endgültige Box erreichte das Gewichtsreduzierungsziel des Kunden und behielt gleichzeitig das erforderliche Festigkeits- und Schutzniveau bei.

Die verstärkte dunkle Außenschale verbesserte auch das Erscheinungsbild des Produkts. Die Kombination aus Strukturrippen und klarem industriellem Design machte das Produkt besser für den Einsatz in der Luftfahrt geeignet.

4. Entwicklungseffizienz verbessert

Durch die Zusammenarbeit mit einem Fertigungsteam musste der Kunde keine separaten Lieferanten für Konstruktion, Blechbearbeitung, 3D-Druck, Formenbau und Spritzguss koordinieren.

Die Kommunikationskosten wurden um 60 % gesenkt. Der gesamte Zyklus von der Lösungsentwicklung bis zur Serienfertigung wurde um 30 % verkürzt.

Dies half dem Kunden, schneller von der Produktiteration zur Onboard-Verifizierung zu gelangen.

5. Chargenqualität blieb stabil

Die Qualifizierungsrate der Charge erreichte 99,5 %.

Die Stichprobenergebnisse zeigten eine gleichbleibende Leistung zwischen dem freigegebenen Prototyp und den Serienteilen. Das Projekt vermied häufige Probleme wie Maßabweichungen, Prozessübertragungsabweichungen und Leistungsschwankungen.

Nach der Kundenverifizierung bestand das Produkt den Bordtest. Der Kunde hat Yijin Solution später mit der langfristigen Produktion für diese Serie explosionsgeschützter Batteriegehäuse betraut.

Ergebnis für den Kunden

Dieses Projekt half dem Kunden, die Lieferantenkoordination zu reduzieren, die Entwicklungszeit zu verkürzen und ein Hochschutz-Luftfahrtgehäuse von der Prototypenvalidierung zur stabilen Serienfertigung zu bringen.

Anstatt separate Lieferanten für jeden Prozess zu verwalten, arbeitete der Kunde von Anfang bis Ende mit einem Engineering- und Fertigungsteam zusammen.

Bei Produkten, die mehrere Verfahren und eine strenge Leistungskontrolle erfordern, senkt dieser Ansatz das Risiko in jeder Phase: Konstruktion, Prototyp, Test, Formenbau, Serie und Endprüfung.

Wenn Sie ein leichtes Gehäuse, eine explosionsgeschützte Box oder ein Bauteil mit mehreren Fertigungsverfahren entwickeln, unterstützt Sie Yijin Solution bei der Überprüfung Ihres Designs, der Optimierung des Fertigungsplans und begleitet das Projekt vom Prototyp bis zur Serie. Jetzt kontaktieren.

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