Laserstrahlschweißen für den Produktionsstandort Deutschland

Der Erhalt des Standorts Deutschland als Produktionsstätte ist eine zentrale Motivation für Radermacher & Partner. Wir unterstützen daher unsere Kunden aktiv bei der Einführung neuer Technologien, wie dem Laserstrahlschweißen, um wirtschaftlicher produzieren zu können. 

Effiziente, robuste und skalierbare Fertigungsprozesse sind ein zentraler Hebel für die Wettbewerbsfähigkeit industrieller Wertschöpfung, insbesondere in dynamischen Technologiefeldern, wie der Elektromobilität. Genau hier setzen wir als Beratungs- und Engineeringpartner an: Wir unterstützen unsere Kunden dabei, innovative Fertigungstechnologien nicht nur zu bewerten, sondern gezielt in stabile und wirtschaftliche Produktionsprozesse zu überführen. 

Ein aktuelles Beispiel zeigt, wie groß die Potenziale sind: Das Laserstrahlschweißen, bereits heute Schlüsseltechnologie in der Batteriespeicherfertigung, erfährt durch Entwicklungen, wie die gezielte Strahlformung (Beam Shaping), einen deutlichen Innovationsschub. Neue Freiheitsgrade in der Prozessgestaltung ermöglichen es, Qualitäts- und Effizienzparameter signifikant zu verbessern und gleichzeitig die Prozessrobustheit maßgeblich zu erhöhen. 

Wir geben im folgenden Beitrag Einblicke aus einem gemeinsamen Workshop mit Forschungspartnern und zeigen auf, welche konkreten Ansatzpunkte sich für die industrielle Praxis ergeben und wie Unternehmen diese gezielt für sich nutzen können. 

Das Schweißen als ein Verfahren der Fügetechnik, um zwei Komponenten miteinander zu verbinden, ist aus vielen Bereichen des alltäglichen Lebens nicht mehr wegzudenken. Ein aktuell hoch interessantes Beispiel, das sehr viele geschweißte Verbindungen enthält, sind Batteriespeicher in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen. Der Batteriespeicher eines solchen Elektrofahrzeugs besteht aus mehreren hundert oder sogar tausenden Batteriezellen. Die elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen wird nach aktuellem Stand der Technik hauptsächlich mittels Laserstrahlschweißens gefertigt. 

Beim Laserstrahlschweißen handelt es sich um einen Schmelzschweißprozess, bei dem beide Partner mit Laserstrahlung aufgeschmolzen und miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Wesentliche Vorteile des Verfahrens sind der hohe Grad an Automatisierbarkeit, die hohe Flexibilität und ein geringer Energieeintrag in benachbarte Bereiche. Letzteres ließ das Laserstrahlschweißen gerade beim Verbinden von Batteriezellableitern und Batteriezellen zum Industriestandard werden. 

Im Rahmen eines Workshops mit dem KSF der Hochschule Furtwangen in Tuttlingen wurden neue Einsatzfelder für das Laserstrahlschweißen sowie Trends hinsichtlich der Lasermaterialbearbeitung diskutiert und neue Ansätze erarbeitet. Ein Gamechanger für das Laserstrahlschweißen und dessen flächendeckenden Einsatz in der Industrie ist die gezielte Anpassung der Intensitätsverteilung des Laserstrahls – die sogenannte Strahlformung (engl. Beam Shaping). 

Mittels einer angepassten Intensitätsverteilung im Vergleich zu herkömmlich eingesetzten Strahlprofilen kann beispielsweise die Schmelzbaddynamik signifikant beeinflusst und so die Spritzerbildung während des Schweißprozesses reduziert werden. Andere Zielgrößen, die damit beeinflusst werden können, sind die Ausbildung von intermetallischen Phasen bei artungleichen Verbindungen oder der Schweißnahtquerschnitt. In der industriellen Praxis lässt sich so zum einen die Qualität und zum anderen die Bearbeitungsgeschwindigkeit deutlich steigern. 

Das Laserstrahlschweißen mit angepasster Intensitätsverteilung stellt gerade für die Batteriespeicherproduktion eine Zukunftstechnologie dar, da beispielsweise intermetallische Phasen beim Kontaktieren der Batteriezellen reduziert und so die Leistungsfähigkeit des Batteriespeichers durch geringere Übergangswiderstände verbessert und damit letztlich die Lebensdauer gesteigert werden kann. 

Ein weiterer Bestandteil des Workshops war eine Besichtigung der Versuchshalle des KSF. In einer Live-Demo wurde aufgezeigt, wie das Laserstrahlschweißen mit Strahloszillation als Möglichkeit zur Realisierung einer Strahlformung den Prozess beeinflussen und beispielsweise die Spritzerbildung gezielt reduzieren kann. Weitere Eigenschaften, die dadurch beeinflusst werden, sind beispielsweise die Schweißnahtoberfläche, die Einschweißtiefe, die Schweißnahtgeometrie oder mechanische Kennwerte wie die Zugfestigkeit. 

Wenn Sie vor der Herausforderung stehen, neue Fertigungstechnologien wie das Laserstrahlschweißen nicht nur zu bewerten, sondern schnell und wirtschaftlich in die Serie zu überführen, sollten Sie jetzt die richtigen Weichen stellen. Sprechen Sie mit uns darüber, wie sich Potenziale, wie Beam Shaping, konkret in Ihrem Produktionsumfeld realisieren lassen – von der ersten Bewertung über Pilotanwendungen bis hin zur skalierbaren Industrialisierung.