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Schweißen Fraunhofer IWS entwickelt Fügetechnologien für die Elektromobilität

Redakteur: Juliana Pfeiffer

Im Rahmen des geförderten Verbundprojekts "BatCon" hat das Fraunhofer IWS Dresden neue eigenschafts- und kostenoptimierte Fügeverfahren für die Herstellung von schwingungsbelastbarer und alterungsfreier Aluminium-Kupfer-Zellverbindern mit sehr geringen Übergangswiderständen entwickelt.

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Dr. Jörg Kaspar (im Bild rechts) präsentiert den im Projekt erstellten Batteriedemonstrator und erklärt die dafür entwickelten Fügverfahren.
Dr. Jörg Kaspar (im Bild rechts) präsentiert den im Projekt erstellten Batteriedemonstrator und erklärt die dafür entwickelten Fügverfahren.
(Bild: Frank Höhler/Fraunhofer IWS)

Im Dezember 2015 trafen sich die Kooperationspartner – die Robert Bosch GmbH, die ElringKlinger AG, die Wieland-Werke AG und das Fraunhofer IWS zum Abschlusskolloquium in Dresden. Sowohl die Kooperationspartner als auch der Projektträger – das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) – zeigten sich hoch zufrieden mit den gewonnenen Erkenntnissen. Gemeinsam mit den Industriepartnern ist eine Überführung in die Fertigung denkbar.

Laserinduktionswalzplattieren als geeignetes Verfahren

Im Rahmen des Projekts wurden innovative Fertigungstechnologien, wie das Laserstrahlschweißen, das Rührreibschweißen, das Ultraschallschweißen und das Laserinduktionswalzplattieren hinsichtlich ihrer Eignung zur Herstellung von funktionsintegrierten Hochstrom-Verbindern für Batteriemodule getestet. Im Vergleich zu den übrigen Verfahren zeigte sich das Laserinduktionswalzplattieren als besonders vielversprechend für die Umsetzung der Forderungen der Industriepartner. Die vom Fraunhofer IWS patentierte Technologie erfüllt die Ansprüche an reproduzierbare Prozessqualitäten und hohe Bauteilzuverlässigkeit am besten und ist gleichzeitig deutlich kostengünstiger als die Schweißverfahren.

Insbesondere die am IWS vorhandene hochauflösende Elektronenmikroskopie ermöglichte es den IWS-Experten, intermetallische Phasen in den Fügeverbindungen detailliert zu untersuchen und die Abhängigkeit von der jeweiligen Fügetechnologie und den Prozessparametern aufzudecken. Die intermetallischen und zumeist sehr spröden Phasen sind entscheidend für die Betriebssicherheit und die elektrischen Eigenschaften dieser Verbindungen und damit von signifikanter Bedeutung für die Elektromobilität.

Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik für Automobil- und Luftfahrtbereich

"Nur durch unsere grundlegenden Arbeiten zur Gefügecharakterisierung der Fügezonen ist es uns gelungen, ein quantitativ und qualitativ erweitertes Prozessverständnis zum Fügen von Aluminium und Kupfer zu gewinnen", so Dr. Jörg Kaspar, Projektleiter von Seiten des IWS. "Das Verfahrensprinzip des Laserinduktionswalzplattierens ist so flexibel, dass es mit einer Umrüstung der vorhandenen Anlage auch möglich sein wird, Verbindungsstücke für zukünftige Al/Stahl-Mischbauweisen herzustellen. Bereits jetzt besteht reges Interesse an der Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik und des Anlagenkonzeptes in Richtung Stahl/Al- und Ti/Al-Halbzeuge zur Entwicklung effektiver Leichtbauweisen im Automobil- und Luftfahrtbereich. Hier wollen wir auch nach erfolgreichem Abschluss des Verbundprojekts weiter ansetzen." (jup)

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