Prozessdatenbasierte Qualitätsprädiktion und -regelung des Metall-Ultraschallschweißprozesses

von Florian Werner Müller

194 Seiten, Taschenbuch

Kurzbeschreibung des Verlags

Das Metall-Ultraschallschweißen (M-USS) ist ein entscheidendes Fügeverfahren für die Fertigung von Batteriezellen, Kabelbäumen und Leistungselektronikkomponenten. Zwar wurde die Verbindungsbildung beim M-USS mittels empirischer Modelle phänomenologisch erläutert, eine quantifizierte Beschreibung der Verbindungsbildung anhand von Prozessdaten ist jedoch bisher nicht erfolgt. Ziel dieser Arbeit war es, die Eignung von Prozessdaten zur Bestimmung der erzielten Verbindungsqualität von Störungen unterliegenden Schweißungen aufzuzeigen und einen Lösungsansatz zur Qualitätsregelung zu entwickeln Schweißversuche wurden gezielt durch Variation äußerer Einflüsse, wie die Materialhärte oder den Oberflächenzustand der Fügeteile, gestört, der Verlauf typischer Prozessgrößen messtechnisch aufgezeichnet und die erzielte Verbindungsqualität geprüft. Neben dem Eindringweg wurden unter anderem die Schwingungen von Sonotrode und Amboss sowie die elektrische Ansteuerung des Konverters erfasst und in Kennwerte überführt. Der M-USS-Prozess lässt sich anhand dieser Kennwerte so charakterisieren, dass datenbasierte Prädiktionsmodelle die erzielte Verbindungsgüte bestimmen können. Für die Modellbildung ist die Berücksichtigung der relevanten Störgrößen in den Trainingsdaten notwendig, eine Extrapolation ausgehend von einem ungestörten Referenzprozess ist nicht zielführend. Wesentlich für die Verbindungsbildung sind die ersten Phasen des Schweißprozesses. Basierend auf Messdaten dieser Phasen kann die entstehende Verbindungsgüte bereits gut abgeschätzt werden. Entsprechend wurde ein Regelmodell entwickelt und validiert, bei dem auf Basis der initialen Prozesskennwerte der ersten 150 ms und der Vorgabe der zu erzielenden Schweißqualität die notwendige Restschweißdauer bestimmt wird.

• Reihe: Aachener Berichte Fügetechnik
• Themen: Technologie, Ingenieurswissenschaft, Landwirtschaft, Industrieprozesse Maschinenbau und Werkstoffe Fertigungstechnik und Ingenieurwesen
• ISBN: 9783819107528
• Sprache: Deutsch
• Erscheinungsdatum: 29.06.2026
• Größe: 21 x 14.8 cm
• Verlag: Shaker