Printmagazin TECHNIK und WISSEN - Ausgabe 007

LASERTECHNIK
Im Gespräch sind angeblich schon
neue Dioden für den ultravioletten
Bereich mit einer Wellenlänge von
355 Nanometern.
zeichnete. Durch Optimieren der
Parameter und der Abkühlzeiten liess
sich die Dauer einer Schweissung
von 3 auf 0,7 s senken. Fazit des Prozess-Experten
Baldini: «Eine höhere
Schweisstiefe steigert nicht die Zugfestigkeit.
Daher liess sich die Laserleistung
minimieren.»
Blaue Laser für zuverlässige Kupferkontakte
und Leistungselektronik
Das Laserschweissen von Kupfer auf
Kupfer beschrieb Christian Göbl, Leiter
der Abteilung für neue Technologien
bei der Semikron Elektronik GmbH
aus Nürnberg, einem Hersteller von
Komponenten und Systemen für Leistungselektronik.
Zusammen mit dem
Fraunhofer ILT entstand ein Verfahren,
um mit Trumpf-Scheibenlaser TruDisk
4001 im nahen Infrarotbereich (Wellenlänge
1030 nm) sehr schnell mit
rund 0,3 m/s und prozesssicher dicke
Kupferlitzen auf Sammelschienen aus
Kupfer zu schweissen. Gefragt sind
sehr langlebige, zuverlässige Schweissungen,
denn es handelt sich um
Leistungselektronik für Photovoltaik,
die auf eine Stromstärke von maximal
1800 A und eine Spannung von maximal
1700 V ausgelegt ist. Göbel ist sehr
zufrieden mit dem Ergebnis der erstaunlich
schnellen und extrem scherfesten
Schweissungen. Typische Prozessparameter:
Innerhalb von 150 ms
entstehen Verbindungen mit einer
Scherfestigkeit von 600 N. Der Anwender
müsse allerdings die Grenzen der
Wärmeeinflusszone beachten, um die
empfindlichen Chips und Keramikbauteile
zu schützen. Göbl: «Wir besitzen
seit Ende des Jahres 2019 nun
auch ein automatisch arbeitendes Laser
Lab mit Faserlaser, das uns sehr
glücklich macht.»
Einen grossen Bedarf zum Fügen von
Kupferkontakten beobachtet auch André
Häusler, Teamleiter für das Mikrofügen
von metallischen Werkstoffen
am Fraunhofer ILT. Weil sich übliche
Infrarotlaser (Wellen länge: rund 1000
Nanometer) zum Schweissen von Aluminium
und Kupfer wegen der typisch
niedrigen Absorptionsraten von ein
bis sechs Prozent nicht immer eignen,
kommen zunehmend auch grüne beziehungsweise
blaue Laser zum Einsatz.
Für blaue Laser (Wellenlänge:
450 Nanometer) haben die Aachener
eine Ringoptik für unterschiedlichste
Zelldurchmesser entwickelt. Häusler:
«Wir können die Optik stufenlos so
einstellen, dass sich der ringförmige
Laserstrahl exakt an unterschied liche
Rundzellen des Typs 18650 und 21700
anpasst. Die komplette Schweissnaht
gelingt dann mit einem einzigen
«Schuss» in wesentlich kürzerer Zeit.»
Allerdings befindet sich die Ringoptik
noch in der Erprobung, sie ist daher
noch nicht im Einsatz.
Niedrige Wellenlängen für höhere
Wirkungsgrade nutzen
Interessant ist sie sicherlich für die
Laserline GmbH aus Mülheim-Kärlich.
Sie setzt auf den direkt strahlenden
blauen Diodenlaser, der laut Innovationsmanager
Dr. Simon Britten einen
höheren Wirkungsgrad als übliche
grüne Laser besitzt. Das Verfahren
kann zum Beispiel Kupfer mit einer
hohen Absorptionsrate von bis zu
66 Prozent schweissen. Als besonders
interessant bezeichnet Britten das Hybridschweissen,
bei dem blaue und infrarote
Lichtquelle zusammenarbeiten.
Die Kombination soll den Laserprozess
stabilisieren, bessere Schweissqualität
ergeben und die Spaltbreite auf maximal
0,6 Millimeter steigern.
«Doch wie geht’s weiter, bleibt es
beim blauen Licht?», fragte ein Zuhörer
in Aachen. «Niedrigere Wellenlängen
sind denkbar», antwortete Britten.
Im Gespräch sind angeblich schon
neue Dioden für den ultravioletten
Bereich mit einer Wellenlänge von
355 Nanometern, bei denen sich der
Absorptionsgrad und damit die Effizienz
noch weiter steigern lassen.
Stabilere und präzisere Materialbearbeitung
mit flexiblen Optiken
und Lasersystemen
Für alle Arten der Batterieproduktion
vom Labormassstab bis zur Grossserie
hat das Hightech-Maschinenbau-Unternehmen
Manz AG aus Reutlingen
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