Modellierung elektrischer Kontaktwiderstände an Metall-Kunststoff-Grenzflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Ludwig Brabetz; Professor Dr.-Ing. Hans-Peter Heim
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437141536

Ein wichtiger Aspekt für die Nutzung elektrisch leitfähig modifizierter Kunststoffe ist deren Kontaktierung. Neben Verfahren, die nachträglich eine Kontaktierung herstellen (z.B. Aufklemmen oder Einschmelzen von Kontakten) bestehen auch zahlreiche prozessintegrierte Methoden. Hervorzuheben ist hier sicher das Spritzgießen, aber auch die Einbindung über andere gängige Urform-, Umform- und Fügeverfahren ist denkbar. All diese Kontaktierungsmöglichkeiten führen zu einem bestimmten Zustand in der Grenzfläche, welcher sich über lokale Größen (z.B. Füllstoffposition, Kristallinität usw.) beschreiben lässt. Ansatz des Forschungsvorhabens ist es, eine modellhafte Beschreibung des elektrischen Kontaktwiderstandes auf Basis dieser lokalen Größen vorzunehmen. In einem darauf aufbauenden Schritt soll dieses beschreibende Modell als Grundlage für eine quantitative Vorhersage des Grenzflächenwiderstandes genutzt werden. Dazu werden gezielt bestimmte Zustände der lokalen Größen erzeugt und die entstehenden Kontaktwiderstände gemessen. Voraussetzung dafür ist, eine gezielte Einstellung der lokalen Größen als auch eine reproduzierbare und genaue Messung des Kontaktwiderstandes. Für letzteres werden sowohl klassische Messverfahren in Kombination mit simulativen Ansätzen als auch direkte physikalische Messungen an der Grenzfläche entwickelt und genutzt. Die Einstellung bestimmter Zustände der lokalen Größen kann nur indirekt über die Stellgrößen, wie beispielsweise die Zylindertemperatur beim Spritzgießen, erfolgen. Dementsprechend werden Submodelle, welche den Zusammenhang von Einfluss- bzw. Stellgrößen und den lokalen Größen beschreiben benötigt. Um die Aussagekraft des quantifizierten Modells und seiner Vorhersagen validieren zu können, werden abschließend verschiedene anwendungstypische Kontaktierungsszenarien mit variierenden Parametern erstellt und sich ergebende Kontaktwiderstände mit den Modellwerten abgeglichen. Durch eine Aufbereitung der Modellgleichungen für FEM-Anwendungen wird die Möglichkeit geschaffen die Modellierung in Kombination mit bestehenden Simulationsverfahren wie Spritzgusssimulationen oder elektrischen Simulationen zu realisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen