Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 05/2018, 10.05.2018

Der Cobot verschweisst Batteriezellen präziser

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus DE-Aachen präsentierte kürzlich das «Laser-Based Tape-Automated Bonding» (LaserTAB). Dabei lassen sich Batteriezellen und Leistungselektronik dank einer neuen Optik und und mittels Unterstützung durch einen kollaborativen Roboter wesentlich effizienter und präziser als bisher lasermikroschweissen.

Bei dem neuen Verfahren setzen die Aachener Experten auf eine pfiffige Kombination von Robotereinsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung. Im Mittelpunkt steht ein kollaborativer Roboter vom Typ «LBR iiwa» von Kuka. Der nach Firmenaussagen erste in Serie gefertigte sensitive Leichtbauroboter (LBR) ermöglicht als «intelligent industrial work assistant (iiwa)» die enge Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.

An den kollaborierenden Roboter (Cobot) wurde unter anderem eine Relay-Optik und ein Abstandshalter montiert. Dieser sorgt dafür, dass die Optik die für den Prozess nötige Distanz und damit die richtige Brennweite einhält. Der Cobot «fühlt», wann der Abstandshalter die Schweissstelle berührt und der Schweissprozess startet. Die Schweissstellen befinden sich dank des Abstandhalters und des fühlenden Roboters immer in konstantem Abstand zur Linse.

Auf der letzten Productronica in München demonstrierte das Fraunhofer ILT anhand von konkreten Anwendungen wie sich der Mikrofügeprozess in der Batterietechnik mit Hilfe dieses Leichtbauroboters präziser und prozesssicherer gestalten lässt. Im Detail geht es um das Schweissen von prismatischen sowie von Rund- und Pouch-Zellen. Das Institut kombiniert beim Prozess die beiden Verfahren Mikrofügen und 3D-Druck, bei denen dieser Schweissprozess eine führende technische Rolle spielt.

Ausserdem zeigten die Aachener an einem Technologiedemonstrator wie sich ein Kupferkontaktelement mit einer Rundzelle per LaserTAB verbinden lässt. Dazu hat das ILT ein speziell geformtes Verbindungselement aus Kupfer entwickelt, das man in eigener Regie im Laserstrahlschmelzverfahren (Selective Laser Melting; SLM) oder mittels Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) herstellt.

Alle Einsatzmöglichkeiten weisen auf die Vorteile des neuen roboterunterstützten Verfahrens hin, bei dem der Anwender den Roboter direkt zum Einsatzort führt. Dies erspart das bisherige, aufwändige Suchen der Fokuslage und das umständliche Positionieren des Lasers. Ausserdem garantiert der Abstandhalter, dass sich die Fokuslage während des Fügens nicht verändert. Zusätzlich sorgt er für ein Andrücken des Verbinders an das Werkstück beziehungsweise an die Batterie. Aufwendige Spannvorrichtungen sind daher überflüssig oder können weniger komplex ausfallen.

Der Anwender dürfte das mechanische Einhalten der Entfernung der Optik zur Schweissstelle besonders dann schätzen, wenn er im Prozess Fertigungstoleranzen oder unterschiedliche Höhen ausgleichen muss. In diesen anspruchsvollen Situationen mit ihren meist sehr komplexen Geometrien arbeitet das neu entwickelte roboterunterstützte LaserTAB deutlich präziser als herkömmliche Verfahren. (msc)


Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
DE-52074 Aachen, Tel. +49 241 8906-0
ilt.fraunhofer.de



Der Leichtbauroboter «intelligent industrial work assistant» gewährleistet die reibungs-lose Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. (Bild: Kuka)


Batteriemodul aus 18 650-Batteriezellen kontaktiert mittels Laserstrahlmikroschweissen. Dieses Modul entstand in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt im Rahmen des Projekts evTrailer. (Bild: Fraunhofer ILT)


Auf der Productronica demonstrierte das Fraunhofer ILT live wie sich das Laser-Based Tape-Automated Bonding (LaserTAB) beim Schweissen von Batteriezellen optimieren lässt. (Bild: Fraunhofer ILT)