Automatisiertes, stoffschlüssiges Fügen folienisolierter Flachleiter mit Oberflächenkontamination

Abstract

Die Haupteinsatzbereiche folienisolierter Leiter liegen in Anwendungen mit der Not-wendigkeit zur Gewichts- und zur Bauraumreduzierung. Der zu erwartende steigende Einsatz der folienisolierten Flachleiter verlangt nach automatisierten Fügelösungen mit Erfüllung der elektrischen Anforderungen und Erreichung der höchstmöglichen mechanischen Festigkeit. Ziel der Arbeit ist es, wirtschaftliche Automatisierungslösungen zum stoffschlüssigen Fügen folienisolierter Flachleiter zu erarbeiten. Schwerpunkt der Arbeit ist die Ablei-tung der optimalen Fügeparameter aus einer vorherigen Oberflächenanalyse zur Sicherung einer gleichbleibenden Scherzugfestigkeit der Kontakte. Ausgehend von einer Analyse des Standes der Technik werden die unterschiedli-chen Abisolier- und Fügeverfahren, die eingesetzten Komponenten, Montagevorgänge, auftretende Fehler sowie Automatisierungshemmnisse ermittelt und darauf die Anforderungen an die Pilotanlage abgeleitet. Durch die geforderte universelle Einsetzbarkeit des Verfahrens, wird keine Einschränkung in den Abiso-lierverfahren vorgenommen. Die besten Eigenschaften unter den Fügeverfahren werden mit dem Widerstandpunktschweißen erreicht. Unter Berücksichtigung des ausgewählten Verfahrens werden die notwendigen Untersuchungs- und Entwick-lungsschwerpunkte abgeleitet. Zur Vorausberechnung der Prozessparameter ist die Aufnahme der Abisolationsrückstände notwendig. Basierend auf diesem Ergebnis ist die Berechnung der Parameter des Fügeprozesses möglich. Die entwickelten Verfahren wurden in den Teilsystemen konzipiert und in einer Ver-suchszelle realisiert. Das prozessüberwachte Fügen konnte in der Versuchszelle nachgewiesen und eine hohe Verfügbarkeit und gute Wirtschaftlichkeit in den durch-geführten Versuchsreihen gezeigt werden. Das entwickelte Berechnungsverfahren wurde mit den durchgeführten Versuchen gut verifiziert. Damit wurde die Umsetzbar-keit des prozessüberwachten Fügens mit höchstmöglicher Scherzugfestigkeit nachgewiesen werden.

A fast increase of applications with flex wiring is expected according to space and weight problems. The limited automation in joining technologies leads into a wide range of contact features, like tensile strength, conductivity and heat impact. There-fore the development of an automated joining station considering variable input parameters is necessary. The aim of this thesis is a systematic work out of results for an automated high current joining technology for flexible flat cables with the highest possible tensile strength. The analysis has shown that the resistance spot welding reaches the highest capa-bility in high tensile strength and will therefore be implemented in the prototypical joining station. To implement a surface investigation, a comparison of different proc-esses was required. This contact surface investigation is realised between the electrodes of the welding machine by measuring resistance. Based on the results of these pre-tests, a software model for a process calculation was developed. The boundary condition to develop an economic tool demands sim-ple and inexpensive software. This requires a tool with a manual input of only material and geometric properties. Creating a software-model has to be done by the software itself. The welding process is influenced by thermal, mechanical and physical effects. Based on this information a tool has been developed to calculate the optimised process parameters for getting the highest possible tensile strength of the joining. To solve this problem a numerical calculation with several sub models is necessary. This software tool was implemented in a prototypical realisation of a joining station. The conclusion of this technology shows a high correlation with the pre-tests. The developed software tool and the prototypical joining station show a high correla-tion of pre-tests and calculation. Therefore a joining of contaminated contact surfaces with the high tensile strength is possible.