Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Linienförmiges Fügen von Profilverbundsystemen mit erhöhten Dichtheitsanforderungen

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Umsetzung eines neuartigen Strangpressprofilkonzeptes zur Herstellung von Profilverbundsystemen mit erhöhten Dichtheitsanforderungen. Vor allem im Kontext der Elektromobilität kommt der Dichtheit von Baugruppen eine fundamentale Bedeutung zu. Aktuelle Batteriegehäuse mit Bodengruppen aus Strangpressprofilen begegnen der Herausforderung der Dichtheit in den Fügestellen mittels Rührreibschweißen, welches jedoch eine zeit- und kostenintensive Herstellung nach sich zieht.

Der Lösungsweg zur Erreichung der Ziele beinhaltet, durch eine gezielte, simulationsgestützte Profilgeometrieentwicklung, der Einstellung der Strangpressparameter sowie durch lokale Abkühlstrategien, Profile mit idealen Eigenschaften für einen nachgeschalteten, optimierten Fügeprozess zu erzeugen. Der Fügeprozess soll umformtechnisch, idealerweise auf Grundlage eines Pressenhubes, realisiert werden, sodass die Ergebnisse direkt von KMU aus den adressierten Bereichen genutzt werden können.

Nach der Entwicklung entsprechender Profilverbundsysteme wird die resultierende Dichtheit der linienförmigen Verbindungen untersucht und die Ergebnisse im Kontext des Herstell- und Fügeprozesses bewertet. Das generierte Wissen über die Wirkzusammenhänge zwischen den lokal vorliegenden Werkstoffeigenschaften, der Fügeoperation und der resultierenden Tragfähigkeit und Dichtheit ermöglichen ein umfassendes Prozessverständnis.

Auf dieser Grundlage können die Potenziale der Elektromobilität, welche unter anderem aufgrund der komplexen und kostenintensiven Batteriegehäuseherstellung aktuell nur eingeschränkt nutzbar sind, aktiviert werden. Die KMU erhalten so einen technologischen und wirtschaftlichen Nutzen und können eine Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit erreichen.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein neuartiges Fügekonzept für Aluminium-Strangpressprofile entwickelt, um wasserdichte Profilverbunde für großflächige Bauteile wie z. B. Batteriegehäuse herzustellen. Die in einem Pressenhub realisierten linienförmigen mechanischen Fügeverbindungen ersetzen das bisher eingesetzte Rührreibschweißen. Es konnten drei vielversprechende Profilgeometrien entwickelt und simulationsgestützt optimiert werden. Am IUL erfolgte die Auslegung des Strangpressprozesses und der Aufbau einer Vorrichtung zur Realisierung unterschiedlicher lokaler Abkühlraten über den Profilquerschnitt. Anschließend wurden die Profile hergestellt und wärmebehandelt. Es wurde untersucht ob eine Festigkeitsgradierung über den Profilquerschnitt durch lokales Abschrecken nach dem Strangpressen die Verbundeigenschaften verbessern kann. Hierbei zeigte sich eine Reduzierung der Tragfähigkeit der Verbindung, aber auch eine mögliche positive Auswirkung auf die Dichtheitseigenschaften. Die simulationsgestützte Optimierung der Profilgeometrien zeigte eine gute Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Werten. Das Anlagen- und Werkzeugkonzept für den Technologietransfer in die industrielle Umsetzung wurde am LWF aufgebaut. Die Verbindungsanalyse der Profilvarianten zeigte, dass eine Variante höhere Tragfähigkeiten als eine rührreibgeschweißte Referenzprobe aufwies. Alle Profilvarianten zeigten hohe Dichtigkeiten. Abschließend wurden die linienförmigen mechanischen Fügeverbindungen in einem Benchmark mit den Schweißverfahren MIG und FSW verglichen. Die Variante mit dem Knickhebelprinzip erzielte dabei die beste Gesamtwertung. Durch die ganzheitliche Betrachtung des Herstellungsprozesses konnte ein umfangreiches Verständnis zur Entwicklung von mediendichten Fügestellen für Strangpressprofile erarbeitet werden, welches den Unternehmen nun zur Verfügung steht. KMU mit entsprechender Anlagentechnik werden in die Lage versetzt, in die Fertigung von Batterieträgern einzusteigen.