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Monday, September 11, 2023, Mailand 9:00 AM Trends beim Laserstrahlschweißen |
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Ermüdungsverhalten mittels Laserstrahlschweißen hergestellter Batteriezellkontaktierungen unter dynamischen Lasten |
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Michael Kick / Institut für Wekzeugmaschinen und Betriebswissenschaften - TU München, Deutschland Benedikt Scheffler* / Technische Univeristät München, Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Deutschland Sophie Grabmann/ Technische Univeristät München, Deutschland Lukas Mayr/ Technische Univeristät München, Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Deutschland Michael F. Zäh/ Technische Univeristät München, Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Deutschland |
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Ein mittels Batteriespeicher betriebenes Elektrowerkzeug ist häufig aufgrund seiner flexiblen Einsatzmöglichkeiten beliebter als sein kabelgebundenes Gegenstück. Bei den angebotenen Lösungen kann oftmals ein Batteriespeicher für verschiedene Arten von Arbeitsgeräten verwendet werden. Dadurch sind die im Batteriespeicher befindlichen Batteriezellen, Zellverbinder und ihre Fügeverbindung, die sogenannte Kontaktierung, abhängig vom Einsatzzweck unterschiedlichen dynamischen Lasten, wie z. B. starken Vibrationen oder Schocks ausgesetzt. Diese bewirken eine mechanische und elektrische Degradation der Kontaktierung, die sich negativ auf das Gesamtverhalten des Batteriespeichers auswirken. Das Ziel dieser Untersuchung ist die Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens mittels Laserstrahlschweißen hergestellter Batteriezellkontaktierungen unter dynamischen Lasten. Das Laserstrahlschweißen bietet sich wegen seines geringen Wärmeeintrags, guter Prozessstabilität und hohen potenziellen Automatisierungsgrades als Fügeverfahren an. In dieser Untersuchung werden zylindrische Zellen betrachtet. Daher sind der Zellverbinder aus Kupfer und das Zellgehäuse aus vernickeltem Stahl. Für den Fügeprozess hat sich aufgrund des geringen Absorptionsgrades von Kupfer eine Laserstrahlquelle mit Licht im grünen anstatt im infraroten Wellenlängenbereich bewährt. Die Kontaktierungen werden mit unterschiedlichen Schweißparametern und -nahttrajektorien gefertigt und in Dauerschwingversuchen analysiert. Dazu wird der Zellverbinder fest eingespannt und das Zellgehäuse mit unterschiedlichen Kraftamplituden angeregt. Zur Quantifizierung der Zeitfestigkeit der Kontaktierung wird ein Ausfallkriterium definiert. Dieses hängt von dem zeitlichen Gradienten des elektrischen Widerstands ab, da dieser die Effizienz des Batteriespeichers beeinflusst und somit einen Bezug zur realen Anwendung besitzt. Der elektrische Widerstand der Kontaktierung wird mittels der Vier-Leiter-Messung während des Versuchs bestimmt. Aus den Versuchsergebnissen lässt sich ein Zusammenhang zwischen der eingebrachten Streckenenergie und dem Rissfortschritt an der Schweißnaht erahnen. Des Weiteren werden zwei Schweißnahttrajektorien ermittelt, deren Kontaktierungen ein besseres Ermüdungsverhalten als eine mit einer einfachen kreisförmigen Schweißnaht aufweisen. |