Vereinfacht ausgedrückt ist das Ultraschallschweißen von Kabelbaum-Anschlüssen ein Präzisionsfügeverfahren, bei dem hochfrequente Ultraschallschwingungen genutzt werden, um einen Kabelbaum (Leiter) und einen Anschluss (Kontaktteil) im Festkörperzustand zu einer Einheit zu verschmelzen. Es handelt sich um ein Festkörper-Schweißverfahren, das weder Lot noch Flussmittel benötigt und nicht auf hohen Temperaturen zum Schmelzen des Metalls basiert. Im Vergleich zum allgemein zuvor behandelten „Ultraschallschweißen von Kabelbäumen“ bezieht sich das „Schweißen von Anschlüssen“ (Terminal Welding) spezifisch auf die Verbindung zwischen Kabelbaum und Anschlusskontakt, während der erstgenannte Begriff ein breiteres Spektrum abdeckt, einschließlich des direkten Schweißens von Draht an Draht.
Der physikalische Mechanismus beruht auf dem kombinierten Einwirken von hochfrequenter mechanischer Energie und Druck und läuft in etwa drei Schritten ab:
1. Hochfrequente Schwingung: Die Anlage wandelt elektrische Energie in mechanische Schwingungen mit Frequenzen von 20–40 kHz (für das menschliche Ohr unhörbar) um, wobei die Amplituden typischerweise zwischen 10 und 50 Mikrometern liegen.
2. Reinigung der Kontaktfläche: Das Schweißwerkzeug überträgt Schwingungen und Druck auf den Anschluss und den Leiter; durch die hochfrequente Reibung an der Kontaktfläche werden Oxidschichten, Öl und Verunreinigungen augenblicklich entfernt, wodurch das reine Metallgitter freigelegt wird.
3. Molekulare Verbindung: Unter dem kombinierten Einfluss von Druck und mäßiger Wärme (die etwa 40 % bis 60 % des Schmelzpunkts erreicht) diffundieren saubere Metallatome über die Grenzfläche hinweg und bilden eine feste, metallurgische Verbindung im Festkörperzustand. Während des Prozesses findet kein Schmelzen statt, und die Materialeigenschaften bleiben unverändert.
Dieses Verfahren hat sich in Branchen wie der Elektromobilität (Fahrzeuge mit alternativen Antrieben) und bei Energiespeichersystemen als Standardfertigungsmethode etabliert:
Hochspannungsverbindungen: Kupfer-/Aluminium-Stromschienen in Batteriepacks, Motoranschlussleitungen und dicke Kabelbäume für Ladesäulen.
Sicherheitsrelevante Bauteile: Massebänder für die Karosserie, Kabelbäume für Airbags usw.
Präzisionsverbindungen: Schweißen von Präzisionsanschlüssen für Sensoren, Aktoren und andere Bauteile – Anwendungen, bei denen herkömmliche thermische Schweißverfahren oft an ihre Grenzen stoßen.