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21.03.2016 | Batterietechnik

Ableiterschweißen automatisiert

Eine ebenso präzise wie flexible Laserschweißmaschine automatisiert die Assemblage prismatischer Lithium-Ionen-Zellen zu Batterie-Packs und macht den Prozess sicher, reproduzierbar, effizient und wirtschaftlich. Sowohl die Mechanik als auch die Steuerungs- und Antriebstechnik lassen sich an unterschiedliche Fertigungsaufgaben anpassen.

Der Erfahrungsvorsprung asiatischer Unternehmen in der Entwicklung und Fertigung von Consumer-Lithium-Ionen-Zellen hat letztlich dazu geführt, dass das Gros der hiesigen Batteriehersteller keine eigenen Kapazitäten dafür aufbaut. Auch die meisten europäischen Automobilkonzerne und deren Systemzulieferer konzentrieren sich derzeit mehr auf die Folgeprozesse. Gängige Praxis ist es, fertige Batteriezellen zuzukaufen und diese zu Batterie-Packs zu assemblieren. Wer dabei die erwartet steigenden Stückzahlen in höchster Qualität zu wettbewerbsfähigen Kosten bewältigen will, muss die Assemblage automatisieren und einen stabilen, reproduzierbaren und wirtschaftlichen Prozess generieren.

Jonas & Redmann hat eine automatische Laserschweißmaschine für das Verbinden der Ableiter/Tabs von prismatischen Zellen entwickelt, die genau diesen Anforderungen gerecht wird. Die Maschine ist flexibel für unterschiedliche Schweißaufgaben in der Produktentwicklung einsetzbar und eignet sich gleichermaßen für die Fertigung im industriellen Maßstab. Für eine reine Serienproduktion ließe sich der Ansatz noch weiter vereinfachen und optimieren.

Fein, fest und verlustarm – Laserschweißen bevorzugt

Das Laserschweißen ermöglicht sehr feine, dauerhaft feste und (elektrisch) verlustarme Verbindungen, das wurde in Versuchen im Vorfeld verifiziert. Die anvisierte Hauptanwendung – Verschweißen vieler dünner Alu- und Kupfertabs – setzte ein Lasersystem mit hoher Leistung und sehr präziser Fokussierung voraus. Insbesondere die Schweißtiefe muss auf wenige Mikrometer reproduzierbar genau regelbar sein, um nur die gewünschten Materialschichten zu verschweißen. Jonas & Redmann realisiert dies mit einem 6-kW-Faser-Laser bei einem Spotdurchmesser von 140 µm.

Präzise, dynamisch und flexibel – Mechanik mit vielen Freiheitsgraden

Entsprechend steif und präzise muss die Mechanik sein und der Laserkopf flexibel und dynamisch innerhalb des Arbeitsraums (±440 mm (X) / ±540 mm (Y) / ±150 mm (Z)) positioniert werden können. Der Laserkopf ist servomotorisch in drei Achsen verfahrbar an einem Portal montiert und in der Transportrichtung um ±30° schwenkbar ausgeführt. So ist mit dem Laserkopf jede Position im Arbeitsraum mit einer Genauigkeit von ±0,02 mm erreichbar. Die Laseroptik hat eine eigene Steuerung und ist in sich in drei Achsen programmiert verfahrbar. Damit lassen sich auch sehr präzise Höhenprofile abbilden, wobei die Schweißtiefe sowohl über die Fahrgeschwindigkeit als auch über die Laserleistung exakt und wiederholgenau kontrolliert werden kann.

Kontakt Jonas & Redmann:

Oliver Zink
R & D, Division Energy Storage
o.zink@jonas-redmann.com

Elke Beune
Unternehmenskommunikation
e.beune@jonas-redmann.com
030 230 866-6823