SIMUSS

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Motivation

Das Metall-Ultraschallschweißen, kurz USMW, ist ein industriell verbreitetes stoffschlüssiges Fügeverfahren. Aufgrund des geringen Wärmeeintrags ist das Verfahren vor allem für anspruchsvolle Anwendungen wie Mischverbindungen und elektrotechnische Bauteile geeignet. Im Rahmen der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen gewinnt die industrielle Anwendung des Verfahrens in der Batterietechnik, für Litzen- und Leiterkonfektionierung sowie der Leistungselektronik noch weiter an Bedeutung. Trotz der industriellen Verbreitung können Prozessschwankungen beim USMW auftreten. Diese sind häufig nicht erklärbar, da bezüglich der komplexen Wirkzusammenhänge von Werkzeugen und Fügeteilen während des Schweißprozesses wissenschaftlich fundierte Kenntnisse fehlen.

Vor diesem Hintergrund sind neue Qualitätsüberwachungsmethoden für den USMW Prozess erforderlich, durch die anhand von Prozessinformationen auf die Verbindungsqualität geschlossen werden kann. Insgesamt fehlt es derzeit an einer industriell einsetzbaren Überwachungsmethodik zur Erfassung des Zustands der Schweißanlage und des Schwingersystems im Fügeprozess. Daher können die für eine Qualitätssicherung erforderlichen Informationen momentan nicht gewonnen werden. Eine Schwingungsanalyse der Schweißanlage ist hier ein vielversprechender Lösungsansatz.

 

Ziel

Im Rahmen dieses Projektes soll eine schwingungsbasierte Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) zur Qualitätssicherung entwickelt werden. Infolge des Zugewinns an Daten unterstützt die schwingungstechnische Analyse des Schweißprozesses zudem ein umfassendes Prozessverständnis.

Vorgehen

Zunächst wurde ein Versuchsstand einer USMW-Anlage aufgebaut und systematisch analysiert. Das Schwingungsverhalten des Gesamtsystems als Schwingersystem inklusive Maschinengestell sowie die hierzu benötigte Messtechnik und Messpositionen wurden bestimmt. Um Referenzdaten für eine Zustandsüberwachung zu ermitteln werden Schweißuntersuchungen mit konstanten Randbedingungen durchgeführt und anschließend sukzessive einzelne bauteil- beziehungsweise maschinenabhängige Einflüsse schweißtechnisch untersucht, deren Messergebnisse ausgewertet. Anhand von Methoden des maschinellen Lernens werden die aufbereiteten schwingungstechnischen Messdaten mit den Ergebnissen zur Verbindungsgüte korreliert und ein Monitoring-Verfahren entwickelt. Zum Projektende wird das Monitoring-Verfahren für den USMW Prozess bezüglich einer späteren industriellen Anwendung optimiert und abschließend in einem Feldversuch validiert.

 

Partner

Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH-Aachen University

Förderung

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. of the DVS (de)
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF)