Numerische, analytische und empirische Modellierung des Heißcrimpprozesses

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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 340

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-07-21
Issue Year
2020
Authors
Spreng, Simon
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-294-9
Abstract

In order to fulfill the challenging plan of the German government of developing the country to a global key supplier of the electric mobility sector, high capacity production technologies have to be established. For this purpose, the present research work focuses on the holistic development of the joining process, which is one core step within the manufacturing chain of electric drives production. Therefore, all potentially used technologies for joining of insulated copper wires will be assessed. It is shown, that by now no holistic method for process modelling is introduced, which is capable of considering all potentially relevant goal criteria of the joining process. To close this research gap, three different process modelling approaches are investigated using the example of the thermo-crimping process. Here, first the complexity of an analytical calculation is shown, which represents the three-dimensional and unsteady heat-generation and -distribution processes of this joining technology. Secondly, another process modelling approach, consisting of a numerical FEM-analysis, is investigated. The derived simulation model is capable of illustrating the mechanical deformation processes as well as heat dissipation and -distribution procedures. Afterwards, a third process modelling method shows high applicability. Corresponding investigations illustrate, that a statistically developed regression-analysis is an excellent method to mathematically describe the joining technologies in the field of electric drives manufacturing including all important process and quality target values.

Abstract

Um den fordernden Plan der Bundesregierung mit dem Ziel der Entwicklung Deutschlands zum globalen Weltmarktführer der Elektromobilität umsetzen zu können, bedarf es an neuartigen Produktionskonzepten und -Technologien, die an die Serienfertigung adaptiert werden. Aus diesem Grund fokussiert sich die vorliegende Forschungsarbeit auf die ganzheitliche Entwicklung des Kontaktierungsprozesses, einem Kernverfahren des Elektromaschinenbaus. Hierzu werden alle derzeitig im industriellen Umfeld eingesetzten Technologien zur Kontaktierung von Kupferlackdraht gegenübergestellt. Es wird aufgezeigt, dass derzeitig keine allgemeingültige Methodik zur Modellierung der variierenden Technologien existiert, die in der Lage ist, die Verfahren ganzheitlich zu bewerten. Um diese Forschungslücke zu schließen, werden am Beispiel des Heißcrimpprozesses drei unterschiedliche Prozessmodellierungsansätze untersucht. Zunächst wird ein analytischer Ansatz gewählt, der die dreidimensionalen und unstetigen Wärmeentstehungs- und Transportvorgänge modelliert. Im zweiten Schritt wird die numerische Simulationstechnik gewählt, um den Heißcrimpprozess abzubilden. Das entwickelte Simulationsmodel ist in der Lage die prozessbedingt entstehenden Deformationen, sowie die resultierende Wärmeverteilung in der Verbindungszone darzustellen. Abschließend erweist sich eine weitere, dritte Modellierungstechnik als zielführend. Entsprechende Untersuchungen belegen, dass die statistisch entwickelten Regressionsanalysen als ein exzellentes Verfahren zur mathematischen Beschreibung der Verbindungstechnologien im Elektromaschinenbau zu sehen sind.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
340
Citation
mb.fau.de/diss
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-293-2
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