Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Prozessüberwachte Konfektionierung folienisolierter Flachleiter

19.11.2001


Jochen Kriegers Verfahren garantiert den sicheren Kontakt von Flachleitern (FFC) - ©Fraunhofer IPA/Anne Mildner


FCC mit schadhaftem Kontakt (Originalaufnahme der Thermokamera in 72 dpi) - © Thermosensorik GmbH, Erlangen


Neben der Karosserie und dem Motor gehört der Leitungssatz zu den teuersten Bauteilen eines Kraftfahrzeugs. Folienisolierte Flachleiter sind hier auf dem besten Wege, die konventionellen Kupferkabel in vielen Bereichen zu verdrängen. Ein Verfahren, das während des Montageprozesses die Kontaktqualität von Flachleitern und Steckverbindern überprüft, hat Jochen Krieger entwickelt. Er wurde dafür mit dem Fraunhofer IPA Innovationspreis 2001 ausgezeichnet.

Folienisolierte Flachleiter sind leichter als Kupferrundverdrahtungen, benötigen weniger Platz und verringern durch die vorgegebene Geometrie auch die Gefahr von Montagefehlern. In Kraftfahrzeugen und Elektrogeräten sind sie deshalb auf dem besten Wege die konventionelle Kupferverdrahtung bei der Leistungsübertragung in vielen Bereichen abzulösen, beispielsweise bei der Dach-, Tür- und Cockpitverdrahtung. Für eine prozessüberwachte Konfektionierung dieser Flex-Wiring-Konzepte mit Durchdringungssteckverbindern fehlten bisher noch die wissenschaftlichen Grundlagen und Lösungsansätze. Eine Studie der Arbeitsgruppe Verdrahtungstechnik am Fraunhofer IPA von 1998 ergab vor allem bei der Handhabung, der Kontaktierung und der zugehörigen Prozessüberwachung Defizite. Entsprechend konzentrierte sich die Gruppe unter Leitung von Jochen Krieger auf Methoden zur Überwachung des Kontaktierprozesses und zur Bewertung der Kontaktqualität.

"Wir haben uns für einen physikalischen Ansatz entschieden, der sich die thermodynamischen Vorgänge während des Umformprozesses zu Nutze macht", sagt Gruppenleiter Krieger. Die Praxistauglichkeit dieses Ansatzes testeten er und sein Team beim Kontaktieren von FFC-Leitungen mit Durchdringungssteckverbindern. Ihr elektrisches Kontaktierungsprinzip beruht auf der Durchdringung der metallischen Leiterbahnen mit einem metallischen Kontaktkörper. Zu Anfang ihrer Forschungsarbeiten haben die IPA-Ingenieure ein Phasenmodell definiert, das den Durchdringungsprozess durch den FFC und den Crimpverformungsvorgang beschreibt. Auf dieser Grundlage untersuchten sie die dabei stattfindenden thermodynamischen Prozesse mit einer Infrarotkamera.

Kriegers Methode fußt auf der Tatsache, dass beim Umformen und Pressen von Metallen der überwiegende Anteil der aufgewendeten Umformarbeit in Wärme umgewandelt wird, während die restliche Energie in Verspannungen des Gitters gebunden wird. Mit Hilfe thermodynamischer Betrachtungen lässt sich sowohl der Verformungs- und Durchdringungsvorgang der Kontaktierungsphase als auch der Crimpverformungsvorgang beschreiben. Da für den zu betrachtenden Prozess keine Untersuchungen und Berechnungsverfahren bekannt waren, haben Krieger und sein Team die notwendigen theoretischen Modelle und Ansätze zur Berechnung des Temperaturverlaufs des folienisolierten Flachleiters selbst entwickelt.

Die Wärmeleitung in Metallen wird hauptsächlich durch die Bewegung der Leitungselektronen bewirkt. Deshalb lässt sich aus der Wärmeleitfähigkeit der Kontaktstelle auf die metallische und von ihr auf die elektrische Leitfähigkeit schließen. Insbesondere während der Temperaturabklingphase nach dem Kontaktieren hängt der Temperaturabfall im folienisolierten Flachleiter von der thermischen und damit auch von der elektrischen Kontaktqualität zwischen Durchdringungskörper und Leiterbahn ab. "Grundsätzlich gilt, dass eine schnelle Abkühlung einen guten thermischen und damit elektrischen Kontakt indiziert", sagt Jochen Krieger. Im Bild der Kamera stellt sich ein schadhafter Kontakt durch eine verzögerte oder geringere Wärmeentwicklung dar.


Krieger setzte für diese Versuche eine Infrarotkamera ein, um genaue Informationen über das thermische Verhalten einer größeren Fläche zu gewinnen und die kritischen Punkte zu ermitteln. Für den industriellen Einsatz wäre eine Infrarotkamera zu teuer. "Eine Prozessüberwachung mit günstigeren, berührungslosen Temperaturmessverfahren, die lediglich einen Punkt überwachen, ist möglich", erklärt der Ingenieur. Entsprechende Alternativen müssen allerdings noch untersucht werden. Der Nachweis der technischen Machbarkeit sowie die Verifizierung der theoretischen Grundlagen und Einflussparameter erfolgte anhand einer Pilotanlage. Diese umfasste von der Bereitstellung und Handhabung der FFC und Steckverbinder über eine Kontaktierungszelle und die Prozessüberwachung alle für die automatisierte Verarbeitung notwendigen Teilsysteme.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. Jochen Krieger


Telefon: 0711/970-1294, Telefax: 0711/970-1006, E-Mail: jnk@ipa.fhg.de

Dipl.-Ing. Michaela Neuner | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe
14.08.2018 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Europaweit einzigartiges Forschungszentrum geht an den Start
14.08.2018 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Macht Sinn: Fraunhofer entwickelt Sensorsystem für KMU

15.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

15.08.2018 | Informationstechnologie

FKIE-Wissenschaftler präsentiert neuen Ansatz zur Detektion von Malware-Daten in Bilddateien

15.08.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics