Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erarbeitung von Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Aluminiumlitzen-Verbindungen

Ziel des Vorhabens ist es, anwenderorientierte Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Al-Litzen/Ableiter-Verbindungen zu erarbeiten. KmU, die als Zulieferer oder Anlagenhersteller in diesem Marktsegment agieren, sollen hier eindeutige und systematische Erkenntnisse vorgelegt werden, die der Litzenkompaktierung und deren Auswirkung im Fügeprozess klar machen. Es wird angestrebt, die Mechanismen bei der Litzenverdichtung sowie Verbindungsbildung zum Ableiter aufzuklären, die Auswirkung verschiedener Kompaktierungs- bzw. Verbindungszustände auf die praxisrelevanten Zielgrößen (z. B. Übergangswiderstand und Verbindungsfestigkeit) zu untersuchen. Der Einfluss verschiedener prozess-, bauteil- und werkstoffspezifischer sowie anlagenbedingter Größen steht ebenso im Mittelpunkt. Geeignete Prüfkriterien zur Erfassung der Verbindungsqualität sowie zusätzliche Möglichkeiten für die Prozessüberwachung sollen erarbeitet und evaluiert werden, um insbesondere kmU eine eindeutige Bewertung des Prozesses und des Schweißergebnisses zu erlauben. Die Ergebnisse des Vorhabens sind ein verbessertes Prozessverständnis beim Al-Litzenschweißen und das Bereitstellen von geeigneten Prüfstrategien. Somit wird eine höhere Prozesssicherheit und Qualität der Fügeverbindungen gewährleistet, die zu einer signifikanten Ausschussminimierung und zur Risikominderung führt. So ergeben sich gerade für kmU entlang der Wertschöpfungskette (Kabelherstellung und -konfektionierung, Anlagenhersteller, Anwender im Bereich Schweißen und Überwachung/Messtechnik) Vorteile, welche sich besonders aus der erleichterten Prozessentwicklung und Kenntnis zur Prozessüberwachung ergeben. Die Flexibilität und der Aufwand für die Umrüstung bei zukünftigen Anwendungen kann signifikant reduziert werden. Die Kosten und Zeiten in diesen Produktphasen können somit erheblich reduziert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sind bei den potenziellen Nutzern direkt und teilweise bereits innerhalb der Projektlaufzeit umsetzbar.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens wurden Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Aluminiumlitze-Kupferableiter-Verbindungen unter besonderer Berücksichtigung der Litzenverdichtung (Kompaktierung) untersucht sowie verschiedene Einflüsse auf den Kompaktierungsprozess als zentralen Schritt der Gesamtverbindungsbildung untersucht. Hierbei konnten beim Fügen von 50 mm² Aluminiumkabel (EN AW-1370) sowie 3 mm Kupferableiter (EN CW004A) geeignete zerstörungsfreie und zerstörende Kriterien erarbeitet werden. Darüber hinaus erfolgten wissenschaftliche Untersuchung zu den Auswirkungen bauteilspezifische, werkstoffspezifischer sowie externer Einflüsse auf den Kompaktierungsprozess und die resultierenden Verbindungseigenschaften. Basierend auf diesen Erkenntnissen erfolgte eine detaillierte Analyse des Kompaktierungsmechanismus über energieabgestufte Schweißversuche. Die charakteristischen Verbindungsmuster sowie deren Bewertung wurde abschließend in einem Bewertungskatalog zusammengestellt.

Die Kenntnisse zum Ultraschallschweißen von Litze-Ableiter-Verbindungen werden durch das Forschungsvorhaben effektiv erweitert und vorangetrieben. Dem Anwender werden eine Vielzahl charakteristischer Kompaktierungszustände, Fehlerbilder sowie Bewertungskriterien bereitgestellt. Dies ermöglicht beim Schweißen von Litze-Ableiter-Verbindungen eine zuverlässige Bewertung, Überwachung und Einordnung des Kompaktierungszustandes sowie der Verbindungsqualität. So profitieren Anwender und insbesondere kmU von einer wissenschaftlich fundierten Erweiterung des Einsatzbereichs des Ultraschallschweißens.