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Elektronenstrahlschweißen Das Potenzial des Elektronenstrahls für die E-Mobilität

| Redakteur: Dorothee Quitter

Pro-Beam hat in mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit seine Elektronenstrahltechnologie zum Fügen von Komponenten für E-Autos weiterentwickelt. Zwei Beispiele zeigen die Vorteile.

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Zum Einsatz kommt der Elektronenstrahl in Hairpin-Statoren für Elektromotoren, bei denen bis zu 300 Kupfer-Pins gefügt werden.
Zum Einsatz kommt der Elektronenstrahl in Hairpin-Statoren für Elektromotoren, bei denen bis zu 300 Kupfer-Pins gefügt werden.
(Bild: Probeam)

Die Bauteile eines Fahrzeugs sind extremen Belastungen ausgesetzt – ihre mechanischen Eigenschaften sind deshalb von großer Bedeutung. Qualitativ hochwertige Schweißnähte sind gefordert. Eine Lösung kann das Elektronenstrahlschweißen sein: Der Elektronenstrahl erzielt dank geringer Wärmeentwicklung präzise und verzugsarme Ergebnisse. Zudem bleiben die Bauteile durch die Arbeit im Vakuumumfeld spritzerfrei.

Elektronenstrahl mit Vorteilen für die Automobilbranche

„Der Elektronenstrahl wird dem Bedürfnis der Automobilbranche nach einfacher Automatisierung sowie Prozessparameter-Überwachung gerecht und ist anderen thermischen Verfahren überlegen“, erklärt Dr. Thorsten Löwer, Leitung Entwicklung und Anlagentechnik bei der Pro-Beam-Gruppe. So ist der Elektronenstrahlprozess jederzeit reproduzierbar und mechanische Gütewerte bleiben erhalten.

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Gerade bei geometrisch komplexen Bauteilen aus dem Bereich des konventionellen Antriebsstrangs kommt Anwendern die dynamische Strahlführung mit Freiheiten in Schweißfigur und -geschwindigkeit zugute. Mit dem zu 100 % digital steuer- und nachvollziehbaren Prozess vereinfacht Pro-Beam auch die Qualitätskontrolle: Die elektronenoptische Bilderzeugung erlaubt einen präzisen Pre- und Post-Prozess – so erübrigen sich zusätzliche Werkzeuge.

Elektronenstrahltechnologie als optimales Verfahren für die E-Mobilität

Da die Komponenten im elektrischen Antriebsstrang noch höheren Belastungen und Kriterien unterliegen, ist der Einsatz des Elektronenstrahls prädestiniert. „In mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben wir unsere Technologie und Anlagen weiterentwickelt, sodass wir als erstes Unternehmen Komponenten für E-Autos mit dem Elektronenstrahl fügen konnten“, berichtet Dr. Thorsten Löwer.

Zum Einsatz kommt der Elektronenstrahl beispielsweise in Hairpin-Statoren für Elektromotoren, bei denen bis zu 300 Kupfer-Pins gefügt werden. Hier ist er besonders geeignet, da im Gegensatz zu anderen Strahlverfahren keine lichtoptischen Effekte entstehen. Aufgrund der hohen Absorptionsraten lässt sich ein hocheffizienter und robuster Schweißprozess darstellen. Ferner ermöglicht das digitale Verfahren eine reproduzierbare Schweißperlengeometrie und auch bei Höhenversätzen von über 1 mm gelingt ein präzises Resultat. Dabei verhindert die elektronenoptische Prozessüberwachung Fehlschweißungen aufgrund von Positionsabweichungen der Pins. Eine zusätzliche Produktivitätssteigerung erhalten Hersteller mit der Mehrstrahl-Technik: Dank einer möglichen flexiblen Ablenkung des Elektronenstrahls können mehrere Positionen eines Bauteils gleichzeitig geschweißt werden. Beim Stator bedeutet das ein Fügen von bis zu sechs Pin-Paaren parallel.

Der Elektronenstrahl zeigt seine Stärke unter anderem auch beim Schweißen der Kurzschlussläufer-Rotoren von Elektroantrieben: Dank seinem zuverlässigen und stabilen Tiefschweißprozess erzielt er die benötigte Einschweißtiefe von über 60 mm in nur einem Schweißdurchgang. Dieses Vorgehen sowie die individuelle Strahlführung erlauben schmale Nähte, eine Kompensation möglicher geometrischer Varianzen mittels automatischer Fugensuche und damit ein nahezu verzugsfreies Ergebnis.

Diese Beispiele deuten das Potenzial des Elektronenstrahls für den Elektromobilitätsmarkt an. In der Luft- und Raumfahrt, bei Großforschungsprojekten und in der klassischen Automobilindustrie ist er aufgrund seiner Präzision und Vielfältigkeit bereits ein etabliertes Werkzeug. Dr. Thorsten Löwer meint: „Hersteller aus dem Bereich der E-Mobilität können schon heute auf Erfahrungen aufbauen, Synergien nutzen und sich mit einer hohen Qualität, Schnelligkeit und Kosteneffizienz optimal für diesen Zukunftsmarkt aufstellen.“

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