Ultraschall-Metalls ch weißen für neue Energie-Drahtseile

Halbleiterbasierte metallurgische Verbindungslösung für unterschiedliche Aluminium‑zu‑Kupfer‑Verbindungen. Das Ultraschallmetallschweißen ist eine zentrale Fertigungstechnologie, die den Ersatz von Kupfer durch Aluminium in Kabelbäumen für Fahrzeuge der neuen Energietechnologie unterstützt.

Im Gegensatz zu Schmelzverfahren wie dem Laser- oder Widerstandsschweißen handelt es sich um ein Staatschweißverfahren: Die Metalle schmelzen nicht. Hochfrequenz-Scher vibrationen erzeugen eine metall urgische Bindung auf atomarer Ebene zwischen Paarungs flächen.

Energie übertragungs kette

1. Ultraschall generator: Wandelt Wechselstrom in Hochfrequenz-Wechselstrom um (20  kHz / 35  kHz / 40  kHz). Eingebettete PLL-Phasenregelung passt die Resonanz an, um den Ausgang gegenüber Lastschwankungen zu stabilisieren.

2. Wandler: Nutzt den inversen piezoelektrischen Effekt, um hochfrequente elektrische Energie in mechanische Mikrovibrationen umzuwandeln.

3. Booster: Verstärkt die Vibrationsamplitude ohne zusätzliche Energiezufuhr und passt sich so den Prozessanforderungen an.

4. Schweißhorn, Amboss und pneumatischer Druck: Spannt mehradrige Leitungen ein. Das Horn erzeugt horizontale Schererschwingungen, während der Amboss den unteren Draht fixiert.

Schweißsequenz

🔍Analyse von drei Kernfragen

1. Wie wird Schwingungskinetische Energie in Wärme umgewandelt?

Mechanische Energie umfasst kinetische und potentielle Energie. Die hochfrequente, hin- und hergehende Scherbewegung des Schweißhörnchens erzeugt kinetische Energie. Bei einer starken Kompression zweier Metallschichten gleiten, kollidieren und verformen sich die mikroskopischen Oberflächenunregelmäßigkeiten fortwährend plastisch. Die Schwingungskinetische Energie geht durch Grenzflächenreibung und plastische Verformung verloren und wird in Wärme umgewandelt. Die Wärme konzentriert sich ausschließlich in einer mikrondünnen Schweißnahtschicht, wodurch das Grundmetall insgesamt nur gering erhitzt wird.

2. Wie erzeugt der Generator hochfrequente elektrische Energie?

Der Generator wandelt die eingehende Netzstromversorgung um, anstatt Strom selbst zu erzeugen. Schritt 1: Gleichrichtung: Wandlung von 50/60-Hz-Netzwechselstrom in Gleichstrom. Schritt 2: Inversion: Leistungstransistoren vom Typ IGBT/MOS wandeln Gleichstrom in hochfrequenten Wechselstrom um (20 kHz/35 kHz/40 kHz). Eine integrierte PLL erfasst Laständerungen des Vibrators in Echtzeit und passt die Ausgangsfrequenz dynamisch an, um die Systemresonanz aufrechtzuerhalten und dem Wandler eine stabile Hochfrequenzleistung zu liefern. Kurz gesagt: Netzstrom → Gleichrichtung in Gleichstrom → Umwandlung in hochfrequenten Wechselstrom.

<3. Wie hoch ist die Grenzflächentemperatur beim Schweißen?

Das Ultraschall-Metallschweißen erfolgt im Festzustand; die Grundwerkstoffe schmelzen nicht. Aluminium‑zu‑Aluminium-Schweißen: Spitzen-Temperatur an der Grenzfläche ca. 200–350 °C (Schmelzpunkt von Aluminium: 660 °C) Kupfer-zu-Kupfer-Schweißen: Spitzen-Temperatur an der Grenzfläche ca. 300–450 °C (Schmelzpunkt von Kupfer: 1083 °C) Heterogenes Kabelbaum-Schweißen von Aluminium und Kupfer: Spitzen-Temperatur an der Grenzfläche ~250–400 °C

Hauptvorteile

• Niedrigtemperatur‑Festkörperverbindung; keine Schmelze, Spritzer oder Poren; stabiler Übergangswiderstand für heterogene Verbindungen zwischen Al und Cu.

• Kein Lot, Zusatzdraht oder Flussmittel; geringere Verbrauchsmaterialkosten, umweltfreundlich.

• Schneller Zyklus (einige hundert Millisekunden pro Schweißpunkt), kompatibel mit automatisierten Kabelbaumbau‑Produktionslinien.

• Gute elektrische Leitfähigkeit und zuverlässige Zugfestigkeit, die strengen Spezifikationen für Hoch‑/Niederspannungs‑Kfz‑Kabelbäume entsprechen.

Typische Anwendungen

Kabelbäume für Elektrofahrzeuge, Ladekabel, Kupfer‑Aluminium‑Anschlussverbindungen, Schweißen von Lithium‑Ionen‑Batterie‑Tabs. Es ermöglicht eine Gewichtsreduzierung und Kostensenkung durch den Werkstoffaustausch von Aluminium gegen Kupfer.

Wir sind Ausrüstungslieferant für Ultraschall‑Kabelbaum‑ und Terminalschweißmaschinen und bieten kundenspezifisch gefertigte Anlagen sowie komplette Prozesslösungen. Kontaktieren Sie uns für Maschineninformationen, Musterprüfungen und technische Vorschläge.