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Ultraschallschweißen Aluminium und Kupfer in Spulen für E-Motoren mittels Ultraschall fügen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Das Fraunhofer IFAM hat eine funktionssichere elektrische Kontaktierung von gegossenen Aluminiumspulen für E-Motoren mit Kupferleitern mittels Ultraschallschweißen qualifiziert.

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Kontaktierte Aluminiumspulen
Kontaktierte Aluminiumspulen
(Bild: Fraunhofer IFAM)

Für den effizienten Einsatz von Kupferleiterbahnen als Kontaktierungselement wurden unterschiedliche Fügeverfahren hinsichtlich ihrer Eignung geprüft. Verglichen wurden diverse Löt-, Umform-, Klebe- sowie geschweißte und montierte Verbindungen. Der Fügeprozess sollte folgende Anforderungen erfüllen: umweltfreundliches Verfahren (z. B. kein Einsatz von gesundheits- oder umweltschädlichen Stoffen), minimaler Aufwand (keine Vorbehandlungen oder Prozesszwischenschritte), Serienfertigung möglich, Fügetemperatur sollte der thermischen Klasse H (max. 180 °C) der Isolierstoffklasse nach DIN EN 60085 entsprechen und die Fügung soll im eingebauten Zustand erfolgen, d.h. die Spulen sind bereits auf das Blechpaket montiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass Festphasen Fügeverfahren das hohe Anforderungsprofil erfüllen. Wird die Fügetemperatur unter 300 °C gehalten, werden i.d.R. keine Mischphasen erzeugt und die Verbindung weist einen niedrigen elektrischen Widerstand mit hinreichender Festigkeit auf. Detaillierte Untersuchungen hinsichtlich der Festigkeit mit Zugscherversuchen und dem Übergangswiderstand ergaben, dass die Fügung mittels Ultraschallschweißen als sehr erfolgsversprechend anzusehen ist. Dieses Verfahren erfüllt die gestellten Vorgaben und bietet großes Potenzial für weitere Technologieoptimierungen. Die flächige Werkzeuganordnung ermöglicht eine Fügung der beiden Kontaktpartner mit sehr guten Verbindungseigenschaften. Je nach Anwendung kann eine Optimierung hinsichtlich Festigkeit und Bildung von intermetallischen Phasen durch Variation der Prozessparameter erzeugt werden, bei nahezu gleichbleibendem elektrischen Widerstand.

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