Serienfähige Hochstromkontakte als Schlüssel zur effizienten Fertigung von integrierten E-Fahrzeugantrieben (KontACt-E)

Problemlage
Integrierte elektrische Antriebssysteme sind Schlüsselkomponenten für kostengünstige elektrische Fahrzeuge. Aus kompletten Modulen bestehende Antriebssysteme reduzieren die Anzahl der Schnittstellen und vereinfachen den Aufbau des elektrischen Antriebsstrangs erheblich. Gleichzeitig führt die Integration der Elektronik in diese Module zu steigenden mechanischen und thermischen Anforderungen, insbesondere an die Elektronikkomponenten und ihre elektrischen Verbindungen. Eine der identifizierten Schwachstellen auf dem Weg zu großserienfähigen integrierten Antrieben stellt die Verbindung zwischen Leistungselektronik und Elektromotor dar. Verfügbare Lösungen, wie Steckverbinder auf Lamellenbasis oder Schraubverbindungen, erfüllen die extremen Anforderungen an hochintegrierte Systeme mit hohen Strömen nicht.

Zielstellung
Zielsetzung des Forschungsprojekts KontACt-E ist die Erforschung von Verbindungen auf Basis von großserienfähigen Hochstrom-Kontaktierungstechnologien für Ströme bis 600 Ampere, einschließlich der zugehörigen Prüftechnologien, die so einfach und zuverlässig sind wie ein Schuko-Stecker.

Vorgehensweise
Um dieses Ziel zu erreichen, werden im Rahmen des Projekts die Hochstrom-Kontaktierungsverfahren, der Schneid-Klemm-Kontakt und eine spezielle Ringfeder umfassend erforscht, für Elektroantriebe weiterentwickelt und erprobt. Zu diesen beiden lösbaren Verbindungstechniken kommt das Schweißen von Kupfer als unlösbare Verbindung hinzu. Die Entwicklung und Auslegung erfolgt auf der Basis von Computersimulationen zur Bestimmung von thermischen und mechanischen Belastungen. Aus diesen Anforderungen abgeleitete Hochstromkontakte werden in umfassenden Versuchsreihen auf einem Schwingtisch untersucht. Zur Ableitung von Schädigungsmechanismen erfolgen diese praxisnahen Untersuchungen unter elektrischer und thermischer Last. Um die Kontaktstellen und den kompletten Antrieb möglichst kostengünstig gestalten zu können, werden parallel dazu die Produktionsprozesse einschließlich der erforderlichen automatisierbaren Mess- und Prüftechnologien untersucht. Anhand von zwei Demonstratoren, einem Hybridgetriebe und einem Radnabenantrieb, wird die Eignung der Hochstrom-Kontaktierungstechnologien für Serienfertigungsprozesse erarbeitet.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Im Erfolgsfall entstehen neue elektrische Verbindungelemente und -techniken für elektrische Antriebe, welche sich durch kostengünstige Produktionsmöglichkeiten und eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnen. Derartige Kontakte sind auch für andere Branchen von hohem Interesse. Hierzu zählen beispielsweise die Luft- und Raumfahrt sowie die Energiewirtschaft.

• BLZ Bayerisches Laserzentrum Gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH
• Carl Haas GmbH Spiralfedernfabrik
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• iwis smart connect GmbH
• Schaeffler Technologies AG & Co. KG
• ZF Friedrichshafen AG