Qualifizierung mechanischer Fügeverfahren für Batteriekästen
Verfasser:
Dr.-Ing. Daxin Han, M.Sc. Stefan Neumann, Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn
110 Seiten - 77,00 EUR (sw, 70 teils farbige Abb., 15 Tab.) 
ISBN 978-3-86776-659-3
Zusammenfassung
Der Einsatz von Batteriegehäusen stellt komplexe Anforderungen an die mechanische Fügetechnik. Neben der Wiederlösbarkeit sowie der Crashsicherheit sollen die Fügestellen definierte Dichtheitsanforderungen unter anwendungsnahen Randbedingungen erfüllen. Bei der aktuellen Serienfertigung werden die hybridgefügten Batteriekästen mittels Klebstoff abgedichtet.
Kenntnisse zu konkreten Dichtheitseigenschaften mechanischer Fügeverbindungen fehlen jedoch bisher. Der Fokus dieses Forschungsprojekts besteht somit darin, die Dichtheitseigenschaften ausgewählter mechanischer Fügeverbindungen zu identifizieren und zu optimieren. Es wurden artgleiche Verbindungen von Blech- und Strangpressprofilen aus Aluminium und artungleiche Verbindungen aus Stahl und Aluminium ausgewählt. Diese wurden mittels fließlochformender Schrauben und DIN M8 Schrauben gefügt.
Zur Charakterisierung und Optimierung der Dichtheitseigenschaften wurden die Druckdifferenz- und die Heliumschnüffelmethode eingesetzt. Auf der Grundlage von Untersuchungen an Mehrelementproben wurde ein dichtheitsoptimiertes Konzept erarbeitet und an bauteilähnlichen Proben überprüft.
Im Projektverlauf konnte gezeigt werden, dass durch Prozessoptimierung die ausgewählten mechanischen Fügeverbindungen gute Dichtheitseigenschaften aufwiesen. Durch die im Projekt erarbeiteten Dichtheitsoptimierungen konnten die geforderten Leckageraten auch bei definierten Wiederverschraubungen erreicht werden.
Eine mechanische Zugbelastung in der Fügeverbindung hatte einen signifikanten Einfluss auf die Verbindungsdichtigkeit, während die Korrosion keinen sichtbaren Einfluss auf die Dichtigkeit zeigte.
Beim Fügen bauteilähnlicher Proben hatte der mechanische Fügeprozess einen deutlichen Einfluss auf die Probendeformation. Durch die optimierten Klebverbindungen wiesen die bauteilähnlichen Proben sowohl nach einem Reparaturvorgang als auch unter mechanisch und korrosiv überlagerter Belastung nur geringe Leckageraten auf.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben "Qualifizierung mechanischer Fügeverfahren für Batteriekästen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 21762N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 600 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The use of battery housings places complex demands on mechanical joining technology. In addition to redetachability and crash safety, the joints must fulfil defined tightness requirements under near-application boundary conditions. In current series production, the hybrid-joined battery boxes are sealed using adhesives. However, knowledge about the concrete sealing properties of mechanical joints is still lacking.
The focus of this research project is therefore to identify and optimise the sealing properties of selected mechanical joints. Connections of the same type of sheet metal and extruded aluminium profiles and connections of different types of steel and aluminium were selected. These were joined using flow punch forming screws and DIN M8 screws.
The pressure difference and helium sniffing methods were used to characterise and optimise the sealing properties. Based on investigations on multi-element samples, a tightness-optimised concept was developed and tested on component-like samples. In the course of the project, it was shown that the selected mechanical joints had good sealing properties due to process optimisation. The leak tightness optimisations developed in the project made it possible to achieve the required leakage rates even with defined rescrewing.
A mechanical tensile load in the joint had a significant influence on the joint tightness, while corrosion showed no visible influence on the tightness.
When joining component-like specimens, the mechanical joining process had a significant influence on the specimen deformation. Due to the optimised bonded joints, the component-like specimens showed only low leakage rates both after a repair process and under mechanically and corrosively superimposed loads.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Summary
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungs- und Kurzzeichenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik und Forschung
3 Problemstellung, Forschungsziel und Arbeitsprogramm
3.1 Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung
3.2 Arbeitshypothesen und Forschungsfragen
3.3 Lösungsweg und realisierter Arbeitsplan
4 Projektergebnisse
4.1 AP1: Charakterisierung rohrförmiger Halbzeuge
4.1.1 Halbzeugeigenschaften im Anlieferungszustand
4.1.2 Charakterisierung der Prozessrouten W-Temper-Umformung und Abschreckumformen
4.1.3 Vergleichbarkeit der Ergebnisse aus dem Rohrzugversuch mit Flachzugproben
4.1.4 Prozessnahe Materialcharakterisierung im Rohraufweitversuch
4.2 AP2: Aufbau und Validierung einer Umformsimulation zur Abbildung des IHU-Prozesses
4.3 AP3: Prozessauslegung und Konstruktion eines Werkzeugs mit austauschbaren Einsätzen
4.4 AP4: Ermittlung der finalen mechanischen Eigenschaften der Bauteile und Bewertung der Prozesse
5 Ergebnisse
6 Literaturverzeichnis
