KURZBESCHREIBUNG DER LÖSUNG

Einleitung

Hersteller von Batteriesystemen benötigen kosteneffiziente, schnelle und zuverlässige Schweißmethoden für dünne Aluminium- und Kupferfolien. Das berührungslose Laserschweißen bietet eine attraktive Option, war aber in der Vergangenheit bei Foliendicken unter 200 µm nicht anwendbar. Das lag daran, dass die vorhandenen Faserlaserquellen ihre Leistung nicht mit der erforderlichen räumlichen Verteilung abgeben konnten. Insbesondere ein Hochleistungs-Faserlaser verursachte Schäden an der oberen Folie, während Faserlaser mit geringer Leistung keine ausreichende Schweißtiefe erreichten. Jetzt überwindet ein neuartiger Adjustable Ring Mode (ARM) Faserlaser mit einem hellen Zentralstrahl diese Einschränkungen.

Prozess

Eine häufige Aufgabe bei der Produktion von Batteriemodulen ist die Verbindung mehrerer Batterien in elektrischer Reihe durch Überlappungsschweißen einer dünnen Aluminiumschiene mit einer dickeren Kupferschiene. Es wurden Tests durchgeführt, bei denen ein 0,2 mm dickes Aluminiumblech (oben) mit einer 1,5 mm dicken Kupferstange (unten) verschweißt wurde. Es wurde die HighLight FL4000CSM-ARM-Quelle mit einer 20 µm/170 µm (Mittelstrahl/Ringstrahl) Prozessfaser und einer ferngesteuerten Schweißscanner-Optik verwendet, die eine 3-fache Vergrößerung des Strahls auf der Arbeitsfläche erzeugte. Die Leistung des mittleren Strahls betrug 500–800 W und die des Ringes 1.000–1.200 W. Die Laserleistung wurde für 0,18–0,32 Sekunden angewendet. Die Leistung des mittleren und des Ringstrahls wurde unabhängig voneinander gesteuert.

Ergebnisse

Es wurde eine hochwertige, vollständig durchdringende Schweißnaht erzielt, ohne dass die dünne Aluminiumfolie beschädigt wurde (siehe Abbildung). Bei diesem Verfahren entstanden keine Spritzer, und es war kein Zusatzdraht erforderlich. Der Grund für diese positiven Ergebnisse ist, dass der ARM-Laserringstrahl das Material zunächst vorwärmt, um die Materialabsorption zu erhöhen. Anschließend führt der mittlere Strahl mit seiner hohen Helligkeit (hohe Energiedichte, aber niedrige Gesamtenergie) das eigentliche Schweißen durch, ohne das Material durch zu große Hitzeeinwirkung zu beschädigen. Schließlich ermöglicht die unabhängig gesteuerte Abwärtsrampe der Ringleistung ein kontrolliertes Abkühlen des Materials, wodurch Turbulenzen im Schweißbad minimiert und Spritzer vermieden werden. Anwendungsbereich Laserschweißen von dünnen Folien und hitzeempfindlichen Materialien für Batterie- und E-Mobilitätsanwendungen. Dazu gehören das Stapelschweißen von Kupferfolien und das Schweißen von Folien auf Laschen in der Batterieindustrie sowie das Schweißen von Aluminiumblechen auf Kupferstangen.

Anwendungsfeld

Laserschweißen von dünnen Folien und hitzeempfindlichen Materialien für Batterie- und E-Mobilitätsanwendungen. Dazu gehören das Stapelschweißen von Kupferfolien und das Schweißen von Folien auf Laschen in der Batterieindustrie sowie das Schweißen von Aluminiumblechen auf Kupferstangen.