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Mit Roboter und Laser optimal gefügte Batteriezellen für Elektro-Rennwagen

© Fraunhofer ILT, Aachen. Das Fraunhofer ILT demonstriert auf der LASER 2019 das Zusammenspiel von fühlendem Leichtbauroboter und Laser beim Mikrofügen von Batteriezellen. Das lasergeschweißte Batteriepack entstand im EU-Projekt OPTEMUS (Förderkennzeichen 653288).

Keine Elektromobilität ohne Laser: So lautet ein Motto der LASER World of PHOTONICS 2019. Passend zum Thema demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT anhand des Laser-Based Tape-Automated Bonding (LaserTAB), wie sich selbst sehr unterschiedliche Batteriezellen und Leistungselektronik dank Roboterunterstützung prozesssicher, schnell und präzise lasermikroschweißen lassen. Auf dem Messestand A2.431 können Besucher den Elektro-Rennwagen »eace05« des Ecurie Aix - Formula Student Teams der RWTH Aachen als gelungenes Beispiel für den Einsatz von Lasertechnik in der Elektromobilität bewundern. Er enthält mit dem Laser geschweißte Batterien sowie mit Laser geschnittene CFK-Bauteile.

Die Ansprüche der Elektromobilität sind hoch, doch im Zusammenspiel von Industrie und Forschung lassen sie sich erfüllen. Diese Erfahrung machten die Teilnehmer des ersten Lasersymposiums Elektromobilität (LSE 2019), zu dem das Fraunhofer ILT im Februar 2019 eingeladen hatte. Im Mittelpunkt standen Vorträge von Experten aus der Industrie und Forschung zu neuen laserbasierten Fertigungsmethoden für die Produktion von Batteriemodulen und -packs. 

Laserbasierte Lösungen für Fügeprozesse
Besonders hoch war das Interesse für einen Aspekt, der manchmal noch zu kurz kommt: Die Rede ist von der Fügetechnik. Zu den behandelten Themen zählten auf der LSE unter anderem die thermische Kontrolle des Fügeprozesses, das passende Design, die geeignete Packungsdichte und die Auslegung der elektrischen Verbindungstechnik. Ergänzend ging es außerdem um die Prozessüberwachung im Rahmen von Industrie 4.0, mit der sich die einwandfreie elektrische Anbindung der Zellen und die Stabilität der Prozesse kontrollieren lassen.

Kombination von Optik, Fügetechnik und Prozessüberwachung
Doch den Praktiker interessiert, wie diese Lösungen in der Praxis funktionieren. Eine gute Gelegenheit dazu ist der Besuch der Weltleitmesse LASER World of PHOTONICS. Die Aachener demonstrieren mit einem Industrieroboter das Schweißen von Batteriezellen und zeigen außerdem, wie sich dieser Prozess überwachen lässt. Mit ihrer Expertise beim Laser-Based Tape-Automated Bonding (LaserTAB) veranschaulichen sie, wie das Zusammenspiel von Roboter, Laserscanner mit selbstentwickelter Optik und Prozessüberwachung funktioniert. Eine wichtige Rolle spielt dabei der sensitive Leichtbauroboter (LBR) iiwa der Kuka Roboter GmbH aus Augsburg, der als »intelligent industrial work assistant (iiwa)« die enge Zusammenarbeit von Menschen und Roboter ermöglicht. 

Prozesssicher Fügen dank mitfühlendem Leichtbauroboter
Sensorik am kollaborierenden Roboter, Cobot genannt, sorgt dafür, dass die Optik die für den Prozess nötige Brennweite einhält. Der Cobot »fühlt«, wann der Abstandshalter die Schweißstelle berührt und der Schweißprozess startet. Die Linse befindet sich daher immer in konstantem Abstand zur Schweißstelle. Forscher des Fraunhofer ILT zeigen in München konkrete Anwendungen wie beispielsweise das Schweißen von prismatischen, Rund- und Pouch-Zellen. Die Aachener Wissenschaftler führen außerdem an einem Technologie-Demonstrator vor, wie sich ein Kupfer-Kontaktelement mit einer Rundzelle per LaserTAB verbinden lässt. Dazu hat das Fraunhofer ILT per Laser Powder Bed Fusion ein speziell geformtes Verbindungselement aus Kupfer hergestellt, welches die enormen geometrischen Freiheitsgrade beim geschickten Einsatz von metallischen 3D-Druckverfahren veranschaulicht.

Fraunhofer Institut für Lasertechnik

Mit über 415 Mitarbeitern und mehr als 19.500 m² Nettogrundfläche zählt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT weltweit zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungsinstituten im Bereich Laserentwicklung und Laseranwendung....more...