Laserstrahlschweißen von Kupferflachleitern

Elektrische Antriebe gewinnen in der Mobilität der Zukunft zunehmend an Bedeutung. Wegen des höheren Kupferfüllfaktors hat sich die Hairpinwicklung beim Stator durchgesetzt. In diesem Fall werden rechteckige Kupferflachleiter verwendet. In der Produktionskette gilt das Laserstrahlschweißen als entscheidender Schritt mit Abhängigkeiten zu den vorangehenden Prozessen. Die Arbeit untersucht das Laserstrahlschweißen hinsichtlich möglicher Prüfmethoden, der Anforderungen an das Schweißergebnis und der Prozesseigenschaften. Es werden Prüfmethoden ausgearbeitet, die eine automatische Quantifizierung von Qualitätsmerkmalen möglich macht. Im Zentrum stehen dabei eine bildbasierte Eingangsprüfung abisolierter Drahtenden, eine prozessbegleitende Analyse durch akustische Messungen und Bildauswertung von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und eine applikationsspezifische Methode zur Röntgen-Computertomographie des Schweißergebnisses. Weiterführend werden funktionale Anforderungen an die Qualitätsmerkmale Anbindungsfläche, Porosität und Spritzer hinsichtlich thermischer und mechanischer Kriterien (Schwingfestigkeit) untersucht.
Abschließend werden die Parameter des Schweißprozesses betrachtet, sodass dieser die zuvor definierten Anforderungen erfüllt. Eine dreiteilige Schweißbahn zeigt dabei Vorteile hinsichtlich der Überbrückbarkeit eines Spaltes zwischen zwei Hairpins. Eine prozessbegleitende Röntgenbildgebung ermöglicht die Visualisierung der Entstehung von Prozessporen. Diese bilden sich insbesondere im Spalt. In diesem Zusammenhang wird ebenfalls die statische Strahlformung, der Sauerstoffgehalt von Kupfer und die Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze berücksichtigt. Die Arbeit schließt mit einer Diskussion zur Bewertung der Übertragbarkeit entstandener Ergebnisse.