Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Preiswürdig: Materialmodell für eine effizientere Auslegung von Steckverbindern aus Kupfer

11.11.2015

Hersteller von Steckverbindern aus Kupfer oder anderen technischen Kupferteilen können ihre Produkte nun sowohl günstiger und schneller entwickeln als auch langlebiger auslegen, als es bisher der Fall war. Möglich macht dies ein für die Kupferindustrie neues Materialmodell für die Prozess- und Bauteilsimulation, das Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Kooperation mit dem Forschungsinstitut Edelmetalle und Metallchemie fem entwickelt haben. Dafür erhielt das Team den Innovationspreis 2015 des Deutschen Kupferinstituts DKI.

Der jährlich für herausragende Forschungen zu Kupfer und Kupferlegierungen verliehene Preis wurde vergangenen Donnerstag auf dem 12. Kupfersymposium in Berlin an Dr. Matthias Weber, Dr. Johannes Preußner und Dr. Dirk Helm vom Fraunhofer IWM sowie an Miriam Eisenbart, Karin Pfeffer und Dr. Ulrich Klotz vom Forschungsinstitut fem verliehen.


Steckverbinder aus dem Automobil (links) und plastische Dehnungsverteilung im Bereich maximaler Beanspruchung (rechts), nach Steckermontage bei Raumtemp. (oben), nach 24 h bei 150 °C (unten).

© Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Die Zunahme elektrischer Antriebe und Elektronik im Automobilbereich führt zu einer höheren Anzahl an verbauten Steckverbindern in unterschiedlichsten Designvarianten, die immer kleiner werden. Gleichzeitig steigt die Anforderung an die Zuverlässigkeit und Lebensdauer dieser Kupferbauteile, wobei die Entwicklungszeiten zugleich immer kürzer werden müssen.

Neue Herausforderungen für Entwickler ergeben sich durch höhere Betriebstemperaturen, geforderte Stromtragfähigkeit und mechanische Belastungen. Darum gewinnt die computergestützte Auslegung und Optimierung von Kupferbauteilen rasant an wirtschaftlicher Bedeutung.

Erprobter Ansatz neu in der Kupferbranche

»Wir stellen jetzt ein Werkstoffmodell zur Verfügung, mit dem das komplexe Verhalten von Kupfer-Bauteilen präziser vorhergesagt werden kann«, erläutert Dr. Matthias Weber vom Fraunhofer IWM das Ergebnis des Projekts. »Es ging vor allem darum, das Relaxationsverhalten möglichst exakt zu beschreiben – davon hängt es ab, wie sich das Bauteil zeit- und temperaturabhängig verhält.«

Im Gebrauch nimmt die Klemmkraft eines Verbinders ab und damit auch die Stromleitfähigkeit bis hin zu einem Grenzwert, bei dem der elektrische Widerstand zu groß wird und das Bauteil ausgetauscht werden muss. Je kleiner das Bauteil ist, desto schneller wird dieser Grenzwert erreicht.

Hersteller von ausscheidungsgehärteten Kupferbauteilen können nun mit der neuen Simulation mit weniger kosten- und zeitaufwändigen Versuch-und-Irrtum-Analysen das Langzeitverhalten ihrer Bauteile im Einsatz genauer vorausberechnen. Somit ist es möglich, die Funktionalitätsänderung während des Gebrauchs besser abschätzen und die Bauteile optimal auslegen zu können.

Zudem steht ein Simulationsmodell zur Integration in Finite-Element-Programme zur Verfügung, mit dem das Ausscheidungsverhalten der jeweiligen Legierung beschrieben und somit die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Bauteils bereits beim Fertigungsprozess positiv beeinflusst werden kann.

Auf diesem Weg ist es möglich, Umformprozesse bereits bei der Bauteilherstellung zu optimieren, zum Beispiel das Crimpen elektrischer Kontakte oder das Kompensieren von Rückfeder-Effekten beim Biegen.

Genauere Materialdaten für beliebig geformte Kupfer-Bauteile

Das wissenschaftliche Team charakterisierte hierfür mithilfe von Zug- und Relaxationsversuchen ausscheidungsgehärtete CuNiSi-Legierungen, entwickelte ein geeignetes mechanismenbasiertes Materialmodell und berechnete beispielsweise den Zustand von Steckverbindern unter 150 °C nach 24 Stunden korrekt voraus.

Damit konnten der temperatur- und zeitabhängige Verlauf der Klemmkraft und die plastische Dehngrenze eines beliebig geformten Kupfer-Bauteils mit einer neuen, höheren Ergebnisgüte vorhergesagt werden.

Weitere Informationen:

http://www.iwm.fraunhofer.de/presse-veranstaltungen-publikationen-preise/details... - Pressemitteilung

Thomas Götz | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope
20.10.2017 | Freie Universität Berlin

nachricht Gitterdynamiken in ionischen Leitern
18.10.2017 | Justus-Liebig-Universität Gießen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise