LASYS 2018

Bearbeitungsprozesse per Laser sollen der E-Mobilität mehr Schwung verpassen

| Autor / Redakteur: Cornelia Bonow / Peter Königsreuther

Laser + Scanner = effektivere Fertigungsstation

Allein bei der Herstellung der Batterie ist der Laser mittlerweile unverzichtbar. Das Fraunhofer IWS erforscht unter anderem in Richtung Batteriezellen zweiter Generation. „Mit dem Laser verbessern wir über direkt strukturierende Verfahren oder Interferenzverfahren die Oberflächeneigenschaften von Elektrodenfolien. Auf diese Weise lassen sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge und Pulsenergie Strukturen im Mikro- respektive Submikrometermaßstab erzeugen. Im Zusammenhang mit optimierten Beschichtungssystemen und der Zellchemie können wir letztendlich die gravimetrische Energiedichte erhöhen und Materialkosten senken“, erklärt Dr. Standfuß. Das bedeutet, die Batterie wird leistungsfähiger und man kann längere Strecken mit dem Elektroauto zurücklegen. Das E-Mobil wird somit noch attraktiver für Autofahrer.

Aluminium und Kupfer – harte Nüsse für Laser

Es gibt noch weitere Prozessschritte, die der Laser bei der Batterieherstellung hervorragend meistert. Trumpf-Experte Kirchhoff berichtet: „Laser lassen sich einsetzen, um den Rahmen, der das Batteriezellenpaket umgibt, verzugsarm und damit vorteilhaft für die Wärmeleitung zu schweißen. Ebenso sind Laser heute das Standardwerkzeug, um prismatische Batteriezellen zu verschließen und diese danach auf Modulebene untereinander zu kontaktieren.“ Thibault Bautze, Leiter Technischer Vertrieb Blackbird Robotersysteme, konstatiert: „Gerade im Bereich der Elektromobilität ist für eine Vielzahl von Anwendungen eine stoffschlüssige Verbindung unterschiedlicher Materialien, wie etwa zwischen Kupfer und Aluminium, als Ersatz für mechanisch gefügte Verbindungen interessant.“ Statt verschraubt, wird nun die Aluminiumelektrode mit der Kupferableitung verschweißt. „Dank des sehr gut fokussierbaren Lasers“, so Bautze weiter, „ lässt sich die Leistung zum Aufschmelzen mit einer sehr hohen Leistungsdichte in das Bauteil einbringen.“ Dadurch könne die Schweißnaht hochgenau platziert werden. Dies erlaube einerseits die Bearbeitung sehr kleiner Bauteile, andererseits könne dem Blackbird-Experten zufolge trotzdem ein Abstand zu wärmeempfindlichen Materialien, wie Kunststoffen, eingehalten werden. „Vorteile sind unter anderem eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierung, ein gleichmäßiger Wärmeübergang und höhere mechanische Belastbarkeit“, erläutert Bautze. Er fährt fort: „Bei diesem Materialmix kann der Laser, vor allem in Verbindung mit einem Scanner, seine ganzen Vorteile beim Laserschweißen aufzeigen. In Kombination mit Bildsensoren zur Bauteillageerfassung sind sehr kurze Taktzeiten und schlanke Fertigungsstationen realisierbar, die mit konventionellen Fügeverfahren nicht erzielbar wären.“ Auch die Experten von Blackbird Robotersysteme unterstützen die LASYS-Besucher gern mit ihrer Fachkompetenz und ihren Exponaten.

Der Laser forciert den Leichtbau

Aluminium und Kupfer sind Materialien, die das Licht sehr stark reflektieren. Deshalb sind Hersteller hier ganz besonders herausgefordert, Lasersysteme zu entwickeln, die effizient Photonenenergie in das Material einbringen. „Wir testen zusammen mit Strahlquellenherstellern Laser, die im Wellenlängenspektrum grün sowie blau arbeiten“, sagt Dr. Standfuß. Trumpf-Experte Kirchhoff stellt fest: „Neue Strahlformungskonzepte oder veränderte Wellenlängen wie grünes Laserlicht, reduzieren auch signifikant die Anzahl der Spritzer beim Schweißen von Kupferbauteilen.“

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