Projektbeschreibung

Das Vorhaben untersucht die multikriterielle, prozessübergreifende Auslegung der Herstellung von Aluminium-Kühlplatten für Batteriesysteme. Diese Bauteile sind für Effizienz, Sicherheit und Lebensdauer von Elektrofahrzeugen und Energiespeichern entscheidend. Sie bestehen aus umgeformten Blechen mit integrierten Kühlkanälen, die mittels Laserschweißen gefügt werden sollen. Die Herausforderungen ergeben sich aus Zielkonflikten zwischen Umformung und Schweißen, da die Umformung Eigenspannungen reduzieren soll, um die Maßhaltigkeit der Kühlplatte sicherzustellen, während beim Schweißen Druckeigenspannungen vorteilhaft sind, weil sie Querrissen in hochfesten 6000er-Legierungen entgegenwirken. Hohe Vorschubgeschwindigkeiten, die für energieeffiziente Prozesse notwendig sind, verschärfen die Querrissbildung durch Druckabfälle im Schmelzebad.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Gesamtmodells der Prozesskette Umformen/Laserschweißen, das eine multikriterielle, quasi-inverse Auslegung erlaubt. Deterministische Eingangsgrößen wie Werkzeuggeometrie, Reibbedingungen, Laserleistung und Strahlformung sollen ebenso berücksichtigt werden, wie unsicherheitsbehaftete Größen aus Materialschwankungen und Umgebungsbedingungen. Damit sollen Prozessparameter identifiziert werden, die rissfreie und maßhaltige Bauteile bei minimalem Energiebedarf ermöglichen.

In der ersten Förderperiode werden die Einzelprozesse modelliert und experimentell validiert. Dazu dienen FE-basierte Simulationen der Umformung, gekoppelte thermomechanische und fluiddynamische Modelle für das Schweißen sowie Metamodelle und Bayes’sche Optimierung zur robusten Parameterauslegung. Begleitende Versuche erfassen Nahtqualität, Dichtheit und Rückfederung und validieren die Modelle.

Das Projekt schafft die Grundlage für eine ganzheitliche Optimierung der Prozesskette. Langfristig wird damit die prozesssichere Herstellung von Kühlplatten aus hochfesten Aluminiumlegierungen ermöglicht, wodurch Gewicht und Energieverbrauch von Batteriesystemen reduziert und nachhaltige Leichtbaulösungen gefördert werden.

Prozesskette