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Präzises Schweißen

Ein stark fokussierter Laser fährt wellenförmig über die Metalloberfläche und erzeugt so Schweißnähte, deren Form sich exakt einstellen lässt.

Ein am KIT gebauter Lithium-Ionen-Akku: Die Stromleitschienen aus Aluminium wurden mit den Ableiterfahnen aus Kupfer verschweißt.

Elektrofahrzeuge brauchen starke und langlebige Akkus. Für eine hohe Leistung werden in einem Akku oft zwanzig oder mehr Lithium-Ionen-Zellen zusammengeschaltet. Dazu muss eine leitfähige, robuste und vibrationsbeständige Verbindung zwischen metallischen Teilen hergestellt werden.

Stand der Technik

Die einzelnen Lithium-Ionen-Zellen sind in luftdichten Folientaschen eingeschweißt, aus denen Ableiterfahnen aus Aluminium oder Kupfer herausragen. Stromschienen, ebenfalls aus Aluminium oder Kupfer, stellen eine leitende Verbindung zwischen den einzelnen Ableiterfahnen her. Zum Verbinden der Schiene mit den Ableitern wird derzeit meistens das Laserschweißen eingesetzt. Die Ableiterfahnen müssen so mit den Stromschienen verschweißt werden, dass die luftdichte Versiegelung der Lithium-Ionen-Zellen nicht durch zu starke Erwärmung beschädigt wird. Außerdem muss die Schweißnaht breit und tief genug sein, um eine ausreichende Stromtragfähigkeit zu garantieren. Ist die Leitfähigkeit zu gering, steigt der Übergangswiderstand und die Stromschienen erwärmen sich. Dies kann im schlimmsten Fall zum Abbrennen des Akkus führen.

Technologie

Wissenschaftler des Instituts für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) am KIT haben das Laserschweißen so optimiert, dass das Querschnittsprofil der Schweißnaht exakt einstellbar wird. Zudem erreichen sie hohe Schweißgeschwindigkeiten, sodass die Wärmeeinwirkdauer sehr kurz und örtlich eng begrenzt gehalten werden kann. Die gewünschte Breite der Schweißnaht erhalten die Wissenschaftler, indem sie den Laserstrahl seitlich ablenken und so wellenförmig über die Oberfläche fahren lassen. Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit, Amplitude und Frequenz der seitlichen Ablenkung und schließlich die Lage des Laserfokus bestimmen die Form der Schweißnaht.

Vorteile

Durch geeignete Einstellung des Lasers für die jeweils zu verbindenden Materialien können die Forscher somit Breite, Tiefe und Form der Schweißnaht exakt festlegen. Durch die hohe Präzision eignet sich das Verfahren auch für die Fertigung von Mikrobauteilen.

Optionen für Unternehmen

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr.-Ing. Philipp Scherer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Mobilität, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-28460

E-Mail: philipp.scherer@kit.edu

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