Laserapplikationen für die Elektromobilität

Verbindungstechnik Laserapplikationen für die Elektromobilität

27.07.2022 Ein Gastbeitrag von Oliver Hagenlocher |

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MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

Die Bedeutung des Laserschweißens im Automobilbau nimmt seit Jahren deutlich zu – und zwar nicht nur im Karosseriebau. Auch „unter der Haube“, oder präziser im Antriebsstrang, profitieren viele Bauteile von dem exakten und schnellen Verfahren.

Vom Laserschweißen sehr komplexer Antriebskomponenten über das Laserreinigen von Bauteilen bis hin zur Laserbeschichtung von Bremsscheiben – Emag zeigt, dass die Bearbeitungsmöglichkeiten durch den und mit dem Laserstrahl sehr vielfältig sind.
(Bild: Emag)

Es gibt verschiedene Herausforderungen im Bereich der Elektromobilität, oder um genau zu sein, in der industriellen Fertigung für die Elektromobilität. Es werden sehr hohe Anforderungen an den Antriebsstrang bezüglich Präzision, Gewichtsoptimierung, neue Umweltstandards usw., gestellt. Hierfür bietet die Lasertechnologie ideale Lösungen. Wie Maschinenbauer diese Aufgabe angehen, zeigt Emag Lasertec durch ein breites Spektrum an Laserapplikationen, die in den letzten Jahren entwickelt wurden.

Bei der Herstellung eines Elektromotors beispielsweise wird das Laserschweißen zunehmend eingesetzt, z.B. bei Kupfer- oder Aluminiumverbindungen speziell im Elektroantrieb und in der Batterie. Auch bei Rotorwellen kann das Laserschweißen seine Vorzüge ausspielen. Bei der Bearbeitung dieser „Leichtbau-Rotorwellen“ profitieren die Anwender von der großen Bauteilerfahrung der Spezialisten von Emag Lasertec. Bei Laseranlagen für die Produktion von Powertrain-Komponenten ist das Unternehmen weltweit führend.

Maschinenbau trifft Laser

Hochgenaue und komplexe Schweißnähte lassen sich nur dann umsetzen, wenn das Strahlführungssystem sowie die Werkstückspannung entsprechend präzise sind. Anders gesagt, das Wissen darum, wie ein Werkstück prozesssicher gespannt und bearbeitet werden kann, ist essenziell für die industrielle Fertigung. Dies sind klassische Themen aus dem Maschinenbau, wo man neben dem Prozess selbst auch noch die komplette Infrastruktur des jeweiligen Anwenders mitbedenken muss. Wie und in welchem Zustand kommen die Teile zur Maschine? Wie wird die Maschine be- und entladen? Welcher ist der nachfolgende Prozess? Das sind alles Aspekte, die die Prozesssicherheit beeinflussen und bedacht werden müssen. So haben moderne Produktions-Laserschweißanlagen wie die ELC-Baureihe vom Emag, die die oben genannten Anforderungen voll erfüllen, viel mehr mit Werkzeugmaschinen gemeinsam als mit typischen Schweißanlagen.

Maschinen für das Laserreinigen

Um einwandfreie Schweißnähte produzieren zu können, ist nach wie vor eine Vorbereitung der Werkstücke erforderlich: Die Anforderungen an die Sauberkeit der Werkstücke sind auch beim Schweißen mit dem Festkörperlaser hoch. Rückstände, etwa von Kühlschmierstoffen, führen zu Fehlern wie Poren oder Lunker in der Schweißnaht und müssen vor dem Schweißen prozesssicher entfernt werden. Nachdem viele Jahre das Waschen der Werkstücke mittels Durchlaufwäscher Stand der Technik war, bietet das sogenannte Laserreinigen eine Alternative. Dies hat man bei Emag Lasertec schon früh erkannt und setzt schon seit vielen Jahren auf eigene Laserreinigungsmaschinen, um optimale Schweißnähte zu ermöglichen. Bei der Reinigung handelt es sich um einen sogenannten Ablationsprozess, bei dem die Werkstückoberfläche mit kurzen, aber sehr leistungsstarken (> 10 kW) Laserpulsen beaufschlagt wird. Gepulste Laserstrahlung trifft mit hoher Pulsspitzenleistung auf eine Oberfläche. Das Material verdampft schlagartig, wobei nur eine sehr geringe Schicht erwärmt wird. Auf diese Weise lassen sich Puls für Puls viele Arten von Verunreinigungen oder Beschichtungen von einem Bauteil entfernen – von Kühlschmierstoffen oder Ölen über Oxid- und Grafitschichten bis hin zu Rost, Lack- und Phosphatschichten. Außerdem nutzen Anwender die Technologie, um Oberflächen angepasst an nachfolgende Arbeitsschritte vorzubereiten (zum Beispiel „aufrauen“). Kurz gesagt: Das Verfahren ist extrem flexibel und dabei sehr energieeffizient.

Beschichten mit Laser

Zwei weitere Maschinen im Bereich der Laseranwendungen wurden von Emag Lasertec neu entwickelt, die beispielsweise für die Beschichtung von Bremsscheiben eingesetzt werden können. Heutige Bremssysteme erzeugen von jeher (zu) viel Feinstaubpartikel. Dazu kommt eine neue Herausforderung: Bei E-Autos werden die Bremsen nur selten genutzt, da während der Rekuperation des Motors bereits eine ausreichende Bremswirkung entsteht – und die dauerhaft ungenutzte Bremsscheibe kann unter Umständen sogar rosten. Die Lösung: beschichtete Bremsscheiben, die verschleiß- und korrosionsfrei sind. Hier entsteht zumindest durch die Scheibe kein Feinstaub. Für die Herstellung einer solchen Bremsscheibe hat Emag nun die ELC 450 LMD und die ELC 500 Duo LMD im Maschinenportfolio, auf denen die sogenannte Laser Metal Deposition prozesssicher abläuft. Hierbei werden zum Beispiel eine Haftschicht und die darüber liegende Hartmetallschicht jeweils per Laserschweiß-Prozess auf die Bremsscheibe aufgebracht. Es geht nahezu kein Werkstoff verloren.

Wie man sich diesen Prozess genau vorstellen kann, offenbart ein Blick auf die Details der Maschine. Ausgestattet sind die Maschinen mit wahlweise einem oder zwei (duo) Rundtischen. Dabei durchläuft das Bauteil je nach Anforderung an das Schichtsystem zwei- bis viermal den Prozess.