Zusammenarbeit von Trumpf, Fraunhofer ILT und DESY: Teilchenbeschleuniger belegt nachhaltigere Fertigung bei E-Autos

Forschung am Teilchenbeschleuniger: Trumpf und das Fraunhofer ILT haben an einem Teilchenbeschleuniger des Deutschen ElektronenSynchrotron (DESY) in Hamburg Untersuchungen zum Laserschweißen durchgeführt.

Trumpf, Fraunhofer ILT, Desy und das Helmholtz-Zentrum Hereon brachten jeweils hochspezialisiertes Wissen zu Röntgenstrahlung, Laserquellen und Schweißprozessen ein. Dadurch gelangen nun erstmals Einblicke, die für das Auge und selbst für Mikroskope unsichtbar bleiben. Das Ergebnis: Beim Einsatz eines Lasers mit grüner Wellenlänge entsteht weitaus weniger Ausschuss als bei anderen Laserschweißverfahren. Autohersteller sparen Rohstoffe und tragen damit zu nachhaltigerer Fertigung bei.

Untersuchung von Laserschweißprozessen: Trumpf und das Fraunhofer ILT untersuchten an einem Teilchenbeschleuniger des Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg das Laserschweißen von Kupferverbindungen der Hochleistungselektronik von E-Autos.

Teilchenbeschleuniger ermöglicht detaillierte Einblicke

Die Projektpartner nutzten für ihre Untersuchung die brillante Röntgenstrahlung des Teilchenbeschleunigers am Hereon-Versuchsaufbau für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit mehreren tausend bis zehntausend Bildern pro Sekunde. „Wir wollten mithilfe der Untersuchungen am Teilchenbeschleuniger genau wissen, was beim Kupferschweißen den Unterschied macht. Ein stabiler Schweißprozess ist wichtig, da die Hersteller von Elektrofahrzeugen mehrere Milliarden Verbindungen in höchster Qualität schweißen müssen“, sagt Marc Hummel, Wissenschaftler am Fraunhofer ILT. In Zukunft wollen Trumpf und das Fraunhofer ILT die Forschung auch auf andere Bereiche wie 3D-Druck, Laserschneiden und Laserstrahlbohren mit Ultrakurzpulslasern ausdehnen und weitere Industriepartner mit ins Boot holen.

Zusammenarbeit zwischen Trumpf und Fraunhofer: Trumpf und das Fraunhofer ILT brachten für die Experimente am Teilchenbeschleuniger ihr Know-how für Laserquellen und Schweißprozesse ein.

E-Mobilität: Weniger Ausschuss dank Laser mit grüner Wellenlänge

Die Elektromobilität stellt die Lasertechnik vor große Herausforderungen. Kupfer ist das wichtigste Material für die Fertigung von Kernkomponenten für die E-Mobilität. Dieses Buntmetall absorbiert nur etwa fünf Prozent der Laserstrahlung im nahen Infrarot-Bereich (NIR) und leitet die Wärme sehr gut ab. Beides führt zu erheblichen Problemen beim Schweißen. Die Prozesse stehen deshalb auf dem Prüfstand. Trumpf hat neben NIR-Lasern auch Laser mit grüner Wellenlänge im Programm. „Laser mit grüner Wellenlänge sind die Lösung des Problems. Tatsächlich lässt sich Kupfer mit diesen Lasern besser schweißen”, sagt Mauritz Möller, Branchenmanager Automotive bei Trumpf.

Kupfer absorbiert die grüne Wellenlänge deutlich besser als die infrarote. Weil der Werkstoff somit seine Schmelztemperatur schneller erreicht, startet auch der Schweißprozess schneller und es ist weniger Laserleistung notwendig. „Stabilere Prozesse beim Schweißen bedeuten weniger Ausschuss und damit auch mehr Nachhaltigkeit, was bei der E-Mobilität ein großes Thema ist”, sagt Mauritz Möller.

Experimente am Teilchenbeschleuniger

Für die genaue Untersuchung von Schweißprozessen nutzen Experten vom Fraunhofer ILT in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen Desys Röntgenlichtquelle PETRA III am Versuchsaufbau des Helmholtz-Zentrums Hereon. „Herkömmliche Verfahren sehen eigentlich nur die elektromagnetischen Emissionen aus dem Plasma. Mit der Strahlung von Desy können wir nicht nur in die Schmelze hineinschauen, wir können sogar die schmelzflüssige Dynamik sichtbar machen“, erklärt Marc Hummel.

Dazu hat ein Team des Fraunhofer ILT und von Trumpf bei Desy Laserschweißprozesse mit zwei verschiedenen Lasersystemen untersucht: Einen NIR-Laser und einen Laser mit grüner Wellenlänge. „Für uns ist das eine großartige Chance, um die Schweißprozesse an Industrieteilen zu untersuchen. Wie entstehen zum Beispiel Spritzer und Poren, wie wirkt sich die Wärme aus dem Schweißprozess auf empfindliche Komponenten wie Elektronikbauteile aus”, sagt Mauritz Möller.