Ultraschall ermöglicht sichere Verbindung Alu-Alu
Im neuen BMW 7er kommt erstmals in einem Serienfahrzeug eine
Stromschiene aus Aluminium als Energie-Rückgrat zum Einsatz. Den Vorteilen bei
Kosten und Gewicht stand Pionierarbeit in der Verbindungstechnik gegenüber.
Autokabel und der Ultraschall-Spezialist Telsonic haben ein feldtaugliches
Kontaktierungsverfahren entwickelt.
Um Gewicht und Kosten zu sparen, wird die Energieverteilung
im Fahrzeug Zug um Zug auf Aluminiumleiter umgestellt. Den Anfang machen starre
Flach- und flexible Rundleitungen mit größeren Querschnitten. Nachdem die
Verbindungsproblematik Alu-Alu gelöst wurde, kommt im neuen BMW 7er
erstmals ein Auto-Kabel-Energy-Backbone® aus Aluminium zum Einsatz. Die
Aluminiumleitungen von der Batterie zum etwa 4,5 m langen Hauptstrang und
von dort in den Motorraum sind prozesssicher zusammengefügt und kontaktsicher
verbunden.
Mit Hochleistungsschall Anforderungen erfüllt
Das Oxydationsverhalten von Aluminium war dabei die größte
Herausforderung. Mit bewährten Verbindungstechniken wie Löten, Crimpen oder
Schweißen ist es nicht gelungen, sichere intermetallische Übergänge von der
starren Aluminium-Stromschiene zum flexiblen Aluminiumleiter herzustellen.
Sobald das Gefüge bei einem Verbindungsprozess verändert wird, bildet sich eine
Oxydationsschicht, deren im fortschreitenden Prozess immer höher werdender
Widerstand den Stromfluss beeinträchtigt. Feuchte, Wärme oder Flüssigkeiten
befördern den Oxydationsprozess geradezu katalytisch. An einen Einsatz in der
rauen Umgebung eines Fahrzeugunterbodens ist so nicht zu denken. „Uns war
schnell klar, dass nur ein Ultraschallschweißverfahren die Lösung sein kann“,
erinnert sich Franz-Josef Lietz, Leiter F+E der Auto-Kabel Management GmbH.
Ultraschall sprengt quasi die Oxydationsschicht während sie entsteht sofort
wieder ab. Es müssen jedoch hohe Leistungen übertragen werden, damit die
Verbindung sicher gelingt.
Anfang 2007 hat der Ultraschall-Spezialist Telsonic zusammen
mit Auto Kabel und Universitäten eine Lösung gefunden. Mit speziell aufgebauten
Sonotroden und Hochleistungskonvertern gelingt es, in einem
Ultraschall-Schweißprozess bis zu 10.000 Watt Leistung auf eine Sonotrode zu
übertragen und in die Kontaktstelle einzubringen. „Wir haben hier auch
Erfahrungen aus unserem neuen Verfahren Soniqtwist eingebracht“, betont Georg
Lang, Geschäftsführer von Telsonic Deutschland in Erlangen, dem weltweit
einzigen Spezialisten für solchen Hochleistungsschall. Es musste allerdings
eine weitere Schwierigkeit gemeistert werden. Bei diesen immens hohen
Leistungen neigt die Sonotrode dazu, sich mit dem Aluminium intermetallisch zu
verbinden. Durch besondere Maßnahmen bei der Herstellung der Sonotroden, die
auch zum Patent angemeldet sind, wird dies sicher erreicht. Mehr will Lang
jedoch nicht verraten, auf jeden Fall ist auch dieses Problem endgültig gelöst.
Prüfungen bestanden, in Serienprozess eingebunden
Nach der Ausrüstung von etwa 1000 Musterfahrzeugen und den
üblichen Qualifizierungsprüfungen wie zum Beispiel Vibrationstests für den
Motorraum, für Motoranbauteile, Feuchte-Wärme-Prüfung, 300h Salzsprühnebeltest
sowie diverse elektrische und mechanische Tests, wurde das Verbindungsverfahren
rechtzeitig qualifiziert und in den Serienprozess im Werk eingebunden.