Laserapplikationen für die Elektromobilität

Die Bedeutung des Laserschweißens im Automobilbau nimmt seit Jahren deutlich zu – und zwar nicht nur im Karosseriebau. Auch „unter der Haube“, oder präziser im Antriebsstrang, profitieren viele Bauteile von dem exakten und schnellen Verfahren. Bei der Herstellung eines Elektromotors wird das Laserschweißen ebenfalls zunehmend eingesetzt, z.B. bei Kupfer- oder Aluminiumverbindungen speziell im Elektroantrieb und in der Batterie. Auch bei Rotorwellen kann das Laserschweißen seine Vorzüge ausspielen. Bei der Bearbeitung dieser „Leichtbau-Rotorwellen“ profitieren die Anwender von der großen Bauteilerfahrung der Spezialisten von EMAG LaserTec. Bei Laseranlagen für die Produktion von Powertrain-Komponenten ist das Unternehmen weltweit führend

Maschinenbau trifft Laser

Hochgenaue und komplexe Schweißnähte lassen sich nur dann umsetzen, wenn das Strahlführungssystem sowie die Werkstückspannung entsprechend präzise sind. Anders gesagt, das Wissen darum, wie ein Werkstück prozesssicher gespannt und bearbeitet werden kann, ist essenziell für die industrielle Fertigung. Dies sind klassische Themen aus dem Maschinenbau, wo man neben dem Prozess selbst auch noch die komplette Infrastruktur des jeweiligen Anwenders mitbedenken muss. Wie und in welchem Zustand kommen die Teile zur Maschine? Wie wird die Maschine be- und entladen? Welcher ist der nachfolgende Prozess? Das sind alles Aspekte, die die Prozesssicherheit beeinflussen und bedacht werden müssen. So haben moderne Produktions-Laserschweißanlagen wie die EMAG ELC-Baureihe, die die oben genannten Anforderungen voll erfüllen, viel mehr mit Werkzeugmaschinen gemeinsam als mit typischen Schweißanlagen.

Maschinen für das Laserreinigen

Um einwandfreie Schweißnähte produzieren zu können, ist nach wie vor eine Vorbereitung der Werkstücke erforderlich: Die Anforderungen an die Sauberkeit der Werkstücke sind auch beim Schweißen mit dem Festkörperlaser hoch. Rückstände, etwa von Kühlschmierstoffen, führen zu Fehlern wie Poren oder Lunker in der Schweißnaht und müssen vor dem Schweißen prozesssicher entfernt werden. Nachdem viele Jahre das Waschen der Werkstücke mittels Durchlaufwäscher Stand der Technik war, bietet das sogenannte Laserreinigen eine Alternative. Dies hat man bei EMAG LaserTec schon früh erkannt und setzt schon seit vielen Jahren auf eigene Laserreinigungsmaschinen, um optimale Schweißnähte zu ermöglichen.  Bei der Reinigung handelt es sich um einen sogenannten Ablationsprozess, bei dem die Werkstückoberfläche mit kurzen, aber sehr leistungsstarken (> 10 kW) Laserpulsen beaufschlagt wird. Gepulste Laserstrahlung trifft mit hoher Pulsspitzenleistung auf eine Oberfläche. Das Material verdampft schlagartig, wobei nur eine sehr geringe Schicht erwärmt wird. Auf diese Weise lassen sich Puls für Puls viele Arten von Verunreinigungen oder Beschichtungen von einem Bauteil entfernen – von Kühlschmierstoffen oder Ölen über Oxid- und Grafitschichten bis hin zu Rost, Lack- und Phosphatschichten. Außerdem nutzen Anwender die Technologie, um Oberflächen angepasst an nachfolgende Arbeitsschritte vorzubereiten (zum Beispiel „aufrauen“). Kurz gesagt: Das Verfahren ist extrem flexibel und dabei sehr energieeffizient.

Laser Metal Deposition (Laserbeschichten)

Zwei weitere Maschinen im Bereich der Laseranwendungen wurden von EMAG LaserTec neu entwickelt, die beispielsweise für die Beschichtung von Bremsscheiben eingesetzt werden können. Heutige Bremssysteme erzeugen von jeher (zu) viel Feinstaubpartikel. Dazu kommt eine neue Herausforderung: Bei E-Autos werden die Bremsen nur selten genutzt, da während der Rekuperation des Motors bereits eine ausreichende Bremswirkung entsteht – und die dauerhaft ungenutzte Bremsscheibe kann unter Umständen sogar rosten. Die Lösung: beschichtete Bremsscheiben, die verschleiß- und korrosionsfrei sind. Hier entsteht zumindest durch die Scheibe kein Feinstaub. Für die Herstellung einer solchen Bremsscheibe hat EMAG nun die ELC 450 LMD und die ELC 500 DUO LMD im Maschinenportfolio, auf denen die sogenannte Laser Metal Deposition prozesssicher abläuft. Hierbei werden zum Beispiel eine Haftschicht und die darüber liegende Hartmetallschicht jeweils per Laserschweiß-Prozess auf die Bremsscheibe aufgebracht. Es geht nahezu kein Werkstoff verloren.

Wie man sich diesen Prozess genau vorstellen kann, offenbart ein Blick auf die Details der Maschine. Ausgestattet sind die Maschinen mit wahlweise 1 oder 2 (DUO) Rundtischen. Dabei durchläuft das Bauteil je nach Anforderung an das Schichtsystem zwei- bis viermal den Prozess.

Was sind die Anforderungen beim Laserbeschichten?

Die Prozesssicherheit ist integral für die industrielle Fertigung. Man muss den gesamten Prozess im Griff haben. Für das Laserbeschichten bedeutet dies im Detail:

• Ermittlung des Rohteilgewichts
• Vorbereitung für das Laserbeschichten: Hier sind mehrere Optionen anwendbar, z.B. das Laserreinigen oder auch das Vorwärmen der Bauteile etc.
• Laserbeschichten: Abgesehen von der eigentlichen Laserbeschichtung sind Qualitätsüberwachungs- und Regelungssysteme extrem wichtig. Beispiele:
  • Überwachung und Regelung der Werkstücktemperatur
  • aktive Schichtdickenmessung
  • aktive Schmelzbadüberwachung
  • Prüfung der Pulverstrahlkaustik
  • Kalibrierung der Pulvermengenzuführung usw.

Es wird deutlich, der eigentliche Fertigungsprozess ist weit aufwendiger, als das reine Beherrschen der Technologie. Es müssen höchste Qualitätsanforderungen erfüllt werden, über tausende Teile hinweg, tagein, tagaus – das macht Maschinenbau aus.

Auch an die nachgelagerten Schritte muss gedacht werden. Nicht nur daran, wie die bearbeiteten Teile weitertransportiert werden, sondern auch an den Prozessschritt, der logischerweise folgt. Im Falle der beschichteten Bremsscheibe muss die Oberfläche noch geschliffen werden. Auch dafür hat EMAG eine Maschine entwickelt, sodass EMAG hier wirklich die komplette Prozesskette von der Gussbearbeitung über das Laserbeschichten bis zum wirklich letzten Schliff anbieten kann.

Dieses breite Erfahrungs- und Technologiewissen macht es EMAG und insbesondere EMAG LaserTec möglich‚ kundenspezifische Lösungen auf der Basis von standardisierten Prozessen anzubieten. Gleichzeitig stellt das Unternehmen wirtschaftliche Produktionsprozesse rund um die vorgestellten Laserapplikationen sicher, weil der Maschinenbau, die Technologie und die dazugehörige Software optimal aufeinander abgestimmt sind. Das sind entscheidende Alleinstellungsmerkmale von EMAG LaserTec.

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