Stabile Verbindungen in E-Fahrzeugen

Das Förderprojekt untersucht zukunftsweisende Fertigungstechniken im E-Fahrzeugbau: das Rührreibpunktschweißen und das Induktionslöten. Die spezielle Kontaktiermethode soll zunehmend industriell eingesetzt werden, um elektronische Leiter aus Kupfer oder Aluminium bei der Konstruktion von Elektro- und Hybridfahrzeugen wärmearm zu fügen. (Foto: WHZ)

 

Die Automobilindustrie steht in Bezug auf die Elektromobilität vor einem großen Umbruch. Die voranschreitende Massenproduktion von Elektrofahrzeugen erfordert neben dem Einsatz kostengünstiger Materialien auch neue Fertigungstechnologien. Ein Team von Wissenschaftlern der WHZ untersucht, wie die in Bordnetzen benötigten elektrischen Verbindungen auf lange Zeit ihre gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften behalten.

Bereits heute werden in neu entwickelten Fahrzeugen Aluminiumkabel genutzt. Aus technologischen Gründen ist es nicht möglich, Kupfer komplett zu ersetzen, so dass es häufig an der Schnittstelle zwischen elektrischem Leiter und Hauptbaugruppe zu einer Verbindung aus Aluminium und Kupfer kommt. Die dabei auftretenden intermetallischen Verbindungen können Probleme hervorrufen. Da Aluminium vergleichsweise weich ist und bei mechanischer Beanspruchung kriecht, können sich nach einer gewissen Dauer Schrauben oder Pressverbindungen lösen. Die Folge ist ein Anstieg des Übergangswiderstands. Über einen langen Zeitraum kann dies zu einer dauerhaften Verformung führen, Kabel können locker werden und Funken schlagen. Untersuchungen zum Langzeitverhalten geschraubter Kupfer-Aluminium Verbindungen weisen gerade bei erhöhten Betriebstemperaturen (bis 140°C) auf einen Anstieg des Übergangswiderstands hin. Verbesserungen können durch Beschichtungen oder Zwischenschichten erreicht werden.

Langzeitstabile Verbindungen gefordert

Aus den entstandenen Problemen steigt die Forderung, langzeitstabile und zuverlässige Aluminium-Kupfer-Verbindungen in Elektrofahrzeugen bereitzustellen und damit Reparatur-, Kontroll- und Wartungsaufwand zu senken. Einen innovativen Lösungsansatz stellt das wärmearme Fügen mittels Rührreibpunktschweißen (FSSW - Friction Stir Spot Welding) sowie dem Induktionslöten als Vergleichstechnologie dar. Wissenschaftler an der WHZ aus den Bereichen Füge-, Fertigungstechnik, Elektrotechnik und Betriebsfestigkeit untersuchen im Rahmen eines Forschungsprojekts die Verfahren. Dafür wird ein Versuchsstand aufgebaut und entsprechend langzeitstabile Verbindungen hergestellt und charakterisiert.

Kontakt: sebastian.weis@fh-zwickau.de

Sebastian Weis ist Professor für Füge- und Beschichtungstechnik an der Westsächsischen Hochschule Zwickau und Projektleiter des vom Sächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) geförderten Projektes „Langzeitstabile, innovative Kontaktierungslösungen in elektrischen Systemen von Elektro- und Hybridfahrzeugen“.

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