Forschung
© Fraunhofer ILT, Aachen
27.04.2023

E-Autos: Teilchenbeschleuniger belegt nachhaltigere Fertigung

E-Autos: Teilchenbeschleuniger belegt nachhaltigere Fertigung durch grünen Laser

Jede Menge Rohstoffe lassen sich beim Schweißen von Hochleistungselektroniken sparen. Das hat eine Untersuchung beim Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY der Helmholtz-Gemeinschaft in Hamburg ergeben. Hochleistungselektronik steckt in jedem E-Auto und sorgt als Schlüsseltechnologie für die beste Leistung von Batterie und Motor. Die Hamburger Forscher untersuchten nun gemeinsam mit dem Hochtechnologieunternehmen TRUMPF und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT Laserschweißprozesse, die bei der Herstellung von E-Autos, zum Einsatz kommen. TRUMPF, Fraunhofer ILT, DESY und das Helmholtz-Zentrum Hereon brachten jeweils hochspezialisiertes Wissen zu Röntgenstrahlung, Laserquellen und Schweißprozessen ein. Dadurch gelangen nun erstmals Einblicke, die für das Auge und selbst für Mikroskope unsichtbar bleiben. Das Ergebnis: Beim Einsatz eines Lasers mit grüner Wellenlänge entsteht weitaus weniger Ausschuss als bei anderen Laserschweißverfahren. Autohersteller sparen Rohstoffe und tragen damit zu nachhaltigerer Fertigung bei.

Teilchenbeschleuniger ermöglicht detaillierte Einblicke

Die Projektpartner nutzten für ihre Untersuchung die brillante Röntgenstrahlung des Teilchenbeschleunigers am Hereon-Versuchsaufbau für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit mehreren tausend bis zehntausend Bildern pro Sekunde. „Wir wollten mithilfe der Untersuchungen am Teilchenbeschleuniger genau wissen, was beim Kupferschweißen den Unterschied macht. Ein stabiler Schweißprozess ist wichtig, da die Hersteller von Elektrofahrzeugen mehrere Milliarden Verbindungen in höchster Qualität schweißen müssen“, sagt Marc Hummel, Wissenschaftler am Fraunhofer ILT. In Zukunft wollen TRUMPF und das Fraunhofer ILT die Forschung auch auf andere Bereiche wie 3D-Druck, Laserstrahlschneiden und Laserstrahlbohren mit Ultrakurzpulslasern ausdehnen und weitere Industriepartner mit ins Boot holen.

TRUMPF und das Fraunhofer ILT untersuchten an einem Teilchenbeschleuniger des Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg das Laserschweißen von Kupferverbindungen der Hochleistungselektronik von E-Autos. - © TRUMPF
TRUMPF und das Fraunhofer ILT untersuchten an einem Teilchenbeschleuniger des Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg das Laserschweißen von Kupferverbindungen der Hochleistungselektronik von E-Autos. © TRUMPF
E-Mobilität: Weniger Ausschuss dank Laser mit grüner Wellenlänge

Die Elektromobilität stellt die Lasertechnik vor große Herausforderungen. Kupfer ist das wichtigste Material für die Fertigung von Kernkomponenten für die E-Mobilität. Dieses Buntmetall absorbiert nur etwa 5 Prozent der Laserstrahlung im nahen Infrarot-Bereich (NIR) und leitet die Wärme sehr gut ab. Beides führt zu erheblichen Problemen beim Schweißen. Die Prozesse stehen deshalb auf dem Prüfstand. TRUMPF hat neben NIR-Lasern auch Laser mit grüner Wellenlänge im Programm. „Laser mit grüner Wellenlänge sind die Lösung des Problems. Tatsächlich lässt sich Kupfer mit diesen Lasern besser schweißen”, sagt Mauritz Möller, Branchenmanager Automotive bei TRUMPF. Kupfer absorbiert die grüne Wellenlänge deutlich besser als die infrarote. Weil der Werkstoff somit seine Schmelztemperatur schneller erreicht, startet auch der Schweißprozess schneller und es ist weniger Laserleistung notwendig. „Stabilere Prozesse beim Schweißen bedeuten weniger Ausschuss und damit auch mehr Nachhaltigkeit, was bei der E-Mobilität ein großes Thema ist”, sagt Mauritz Möller.

TRUMPF und das Fraunhofer ILT haben an einem Teilchenbeschleuniger des Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg Untersuchungen zum Laserschweißen durchgeführt. - © TRUMPF
TRUMPF und das Fraunhofer ILT haben an einem Teilchenbeschleuniger des Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg Untersuchungen zum Laserschweißen durchgeführt. © TRUMPF
Experimente am Teilchenbeschleuniger

Für die genaue Untersuchung von Schweißprozessen nutzen Experten vom Fraunhofer ILT in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III am Versuchsaufbau des Helmholtz-Zentrums Hereon. „Herkömmliche Verfahren sehen eigentlich nur die elektromagnetischen Emissionen aus dem Plasma. Mit der Strahlung von DESY können wir nicht nur in die Schmelze hineinschauen, wir können sogar die schmelzflüssige Dynamik sichtbar machen“, erklärt Marc Hummel.

Dazu hat ein Team des Fraunhofer ILT und von TRUMPF bei DESY Laserschweißprozesse mit zwei verschiedenen Lasersystemen untersucht: Einen NIR-Laser und einen Laser mit grüner Wellenlänge. „Für uns ist das eine großartige Chance, um die Schweißprozesse an Industrieteilen zu untersuchen. Wie entstehen zum Beispiel Spritzer und Poren, wie wirkt sich die Wärme aus dem Schweißprozess auf empfindliche Komponenten wie Elektronikbauteile aus”, sagt Mauritz Möller.

(Quelle: Presseinformation der TRUMPF SE + Co. KG)

Schlagworte

3D-DruckAdditive FertigungE-MobilitätFügetechnikLaserstrahlbohrenLaserstrahlschneidenLaserstrahlschweißenLaserstrahltechnologienMobilitätswendeRessourceneffizienzRohstoffeffizienzSchweißtechnik

Verwandte Artikel

21.05.2024

Akkubetriebenes Schweißen überall und jederzeit

Renegade VOLT ist ein kompaktes akkubetriebenes E-Hand-Schweißgerät, das auch für Arbeiten an schwer zugänglichen oder schwierigen Stellen geeignet ist.

Handschweißen Schweißtechnik WIG Schweißen
Mehr erfahren
Die RIEXINGER Akku-Range: HGV 100 A, HG 90 A und MSG 40 A.
16.05.2024

CAS Akku-Handschweißgeräte und patentierte Weltneuheit

Die Eugen Riexinger GmbH & Co. KG schließt sich der weltweit größten Multi-Marken-Akku-Allianz CAS an und bringt zum Start gleich drei innovative Geräte auf den Markt: d...

Handschweißgeräte Kunststoffbearbeitung Muffenschweißgeräte Schweißtechnik Stumpfschweißgeräte
Mehr erfahren
Dünnblechschweißen mit der TPS 320i
16.05.2024

Herausforderung Dünnblechschweißen im Maschinenbau

„It works“ lautet das Credo der Knoll Maschinenbau GmbH, in der heute über 1.100 Mitarbeiter fortschrittliche Industrieanlagen fertigen. Geschweißt wird mit der TPS 320i...

Automobilindustrie Cobots Cobotschweißen Dünnbleche Dünnblechschweißen Energietechnik Fachkräftemangel Luftfahrt Maschinenbau Medizintechnik Metallbearbeitung Metallindustrie Pulsschweißen Raumfahrt Roboterschweißen Robotik Schweißtechnik
Mehr erfahren
Manuelles Abschälen eines laminierten Passelements des Typs Laminum® von MARTIN.
14.05.2024

Noch mehr Flexibilität in der Serienfertigung

Mit großer Konsequenz treibt MARTIN die Optimierung der Prozesse seiner Blechbearbeitung voran. Jüngster Wurf ist die Investition in eine neue Laseranlage, die die Liefer...

Baugruppen Blechbearbeitung Fügetechnik Lasertechnologien Metallbleche Stahlbleche Trenntechnik Umformtechnik Zulieferindustrie
Mehr erfahren
12.05.2024

Silofahrzeuge, Roboterprogrammierung und Nanopflaster: Das war die 21. Tagung Schweißen

Zwei vielseitige und inspirierende Tage liegen hinter der SLV Nord: die 21. Tagung „Schweißen in der maritimen Technik und im Ingenieurbau“ am 24./25. April 2024.

Aluminium AM Bau Blech Bleche Demontage Diodenlaser Druckbehälterbau Emissionen Energie Energieanlagen Energieeffizienz Entwicklung ERP Fertigung Festigkeit Fortbildung Führung Haften Hersteller Herstellung Ingenieurbau Konstruktion Korrosion Kunststoffe Kunststoffrohre Laserstrahl Lichtbogen MAG Schweißen Maritime Technik Materialforschung MES Metall MIG Schweißen Montage Nanostruktur Offline-Programmierung Plasma Polypropylen PPE Produktion Prozesse Pulver Richten Roboter Roboteranlagen Roboterprogrammierung Rohre Schiffbau Schmelzbad Schmelze Schweißen Schweißtechnik Sicherung Stahl Thermisches Richten Transport Verzug Windenergie Windenergieanlagen Wissenschaft
Mehr erfahren