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Schweißen Laser ersetzt Schraube: Neue Schweißlösung für Leistungselektroniken im E-Auto

Quelle: Trumpf 2 min Lesedauer

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Trumpf hat eine Laserschweißlösung entwickelt, mit der sich Leistungselektroniken für Elektroautos effizienter und zuverlässiger herstellen lassen. Mit dem hochautomatisierten Verfahren können Anwender elektrische Kupferleitungen direkt auf Kupfer‑Busbars schweißen – bislang übliche Schraubverbindungen entfallen damit.

Die neue Laserlösung von Trumpf sorgt für effizientere Spannungsverteiler in Elektroautos. (Bild: Trumpf)
Die neue Laserlösung von Trumpf sorgt für effizientere Spannungsverteiler in Elektroautos.
(Bild: Trumpf)

Die neue Laserlösung schafft eine fest miteinander verschmolzene Verbindung mit geringem elektrischem Widerstand und macht die Leistungselektronik dadurch effizienter. Das Verfahren soll vor allem bei der Fertigung von Spannungsverteilern in Elektro‑ und Plug‑in‑Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen. Diese Bauteile verteilen die Hochspannung aus der Fahrzeugbatterie an Elektromotor, Beleuchtung und weitere elektrische Verbraucher und sind in jedem Elektroauto verbaut. Herkömmliche mechanische Verbindungen von Spannungsverteilern mussten Hersteller bislang in mehreren Prozessschritten fertigen. Das ist aufwendig und kann zu Fehlern führen. Zudem sind mechanische Verschraubungen anfällig für Vibrationen und weisen höhere elektrische Widerstände auf. Das führt zu Energieverlusten und zusätzlicher Wärmeentwicklung.

Der gesamte Prozess bleibt deutlich unter einer Sekunde und ist damit für die hochproduktive Serienfertigung ausgelegt. Unser Ziel ist eine lückenlose Prozesskontrolle in Echtzeit, ohne den Produktionsfluss zu verlangsamen.

Woo-Sik Chung, bei Trumpf verantwortlich für die neue Laserschweißlösung

Woo-Sik Chung mit einem lasergeschweißten Spannungsverteiler für PHEV und BEV.
(Bild: Trumpf)

Kern der Lösung ist das Zusammenspiel von Laser, Sensorik und KI. Zunächst erkennt ein KI‑gestütztes Bildverarbeitungssystem das Bauteil und positioniert den Laserstrahl pixelgenau. Anschließend verschweißt ein Faserlaser mit 9 kW Leistung die Kupferlitzen. „Nur wenn alle Komponenten perfekt harmonieren, lassen sich hochautomatisierte und stabile Prozesse für die Serienfertigung realisieren“, sagt Woo-Sik Chung, bei Trumpf verantwortlich für die neue Laserschweißlösung. Während des Prozesses überwacht ein optisches Kohärenztomografie‑System (OCT) in Echtzeit die Einschweißtiefe, um ein Durchschweißen des Bauteils zu verhindern.Nach dem Schweißen prüft ein weiteres kamerabasiertes System die Qualität der Schweißnaht. Auch hier kommt KI zum Einsatz. Um eine zuverlässige Bewertung der Nahtqualität zu ermöglichen, genügen wenige Trainingsbilder. Alle Prozessschritte, von der Bauteilerkennung über das Schweißen bis zur Qualitätskontrolle, laufen in einer einzigen Laserstation ab. Die Bauteilerkennung und Positionierung des Laserstrahls erfolgen im Millisekundenbereich. „Der gesamte Prozess bleibt deutlich unter einer Sekunde und ist damit für die hochproduktive Serienfertigung ausgelegt. Unser Ziel ist eine lückenlose Prozesskontrolle in Echtzeit, ohne den Produktionsfluss zu verlangsamen“, sagt Chung. Um Kupfer mit mehreren Millimetern Tiefe sicher und mit hoher Geschwindigkeit zu verschweißen, eignet sich der 9 kW Faserlaser. Für größere Querschnitte können Anwender leistungsstärkere Trumpf Laser einsetzen.

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