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Fügen mit dem Elektronenstrahl von Pro-Beam in der E-Mobilität

Präzises Schweißen von Kupfer-Hairpins
Fügen mit dem Elektronenstrahl von Pro-Beam in der E-Mobilität

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Die Elektronenstrahltechnologie von Pro-Beam bietet gute Voraussetzungen, um leitende Metalle, wie Kupfer und Nickel oder Leichtbaumetalle wie Aluminium und Aluminiumlegierungen mit sehr schmalen Nähten zu schweißen oder Bauteile zu härten. Auch für das präzise Zusammenschweißen sehr filigraner Kupfer-Hairpins, wie sie in Elektroantrieben zum Einsatz kommen, ist der Elektronenstrahl ein effizientes und wirtschaftliches Werkzeug.

Marlina Schütze, Marketing, Pro-Beam GmbH & Co. KGaA, Gilching

Inhaltsverzeichnis

1. Überlegenheit gegenüber anderen thermischen Verfahren
2. Zusätzliche Werkzeuge überflüssig
3. Komponenten für Elektromotoren
4. 60 mm in einem Schweißdurchgang
5. Poren- und spritzerfreies Ergebnis

 

Die Bauteile eines Fahrzeugs sind extremen Belastungen ausgesetzt. Darum sind deren mechanischen Eigenschaften von hoher Bedeutung. Hierzu trägt auch die Qualität der Schweißnähte bei, sodass der Elektronenstrahl als ideales Werkzeug gilt: Er erzielt dank geringer Wärmeentwicklung präzise und verzugsarme Ergebnisse. Zudem bleiben die Bauteile durch die Arbeit im Vakuumumfeld spritzerfrei.

Überlegenheit gegenüber anderen thermischen Verfahren

„Der Elektronenstrahl wird dem Bedürfnis der Automobilbranche nach einfacher Automatisierung sowie Prozessparameter-Überwachung gerecht und ist anderen thermischen Verfahren überlegen“, erklärt Dr. Thorsten Löwer, Leitung Entwicklung und Anlagentechnik bei der Pro-Beam Gruppe in Gilching. So ist der Elektronenstrahlprozess jederzeit reproduzierbar und mechanische Gütewerte bleiben erhalten. Gerade bei geometrisch komplexen Bauteilen aus dem Bereich des konventionellen Antriebsstrangs kommt Anwendern die dynamische Strahlführung mit Freiheiten in Schweißfigur und -geschwindigkeit zugute.

Zusätzliche Werkzeuge überflüssig

Mit dem zu 100 Prozent digital steuer- und nachvollziehbaren Prozess vereinfacht man auch die Qualitätskontrolle: Die elektronenoptische Bilderzeugung erlaubt einen präzisen Pre- und Post-Prozess – so erübrigen sich zusätzliche Werkzeuge.

Elektronenstrahlschweißen von Pro-Beam überwindet Konstruktionshürden

Die Komponenten im elektrischen Antriebsstrang sind durch die höheren Drehmomente einer größeren Krafteinwirkung ausgesetzt und unterliegen daher häufig noch größeren Belastungen und Kriterien, sodass der Einsatz des Elektronenstrahls prädestiniert ist.

„In mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben wir unsere Technologie und Anlagen weiterentwickelt, sodass wir als erstes Unternehmen Komponenten für E-Autos mit dem Elektronenstrahl fügen konnten“, berichtet Dr. Thorsten Löwer.

Komponenten für Elektromotoren

So kommt der Elektronenstrahl beispielsweise bei Hairpin-Statoren für Elektromotoren zum Einsatz, bei denen bis zu 300 Kupfer-Pins gefügt werden. Hier ist er besonders geeignet, da im Gegensatz zu anderen Strahlverfahren keine lichtoptischen Effekte entstehen. Aufgrund der hohen Absorptionsraten lässt sich ein hocheffizienter und robuster Schweißprozess darstellen. Ferner ermöglicht das digitale Verfahren eine reproduzierbare Schweißperlengeometrie und auch bei Höhenversätzen von über einem Millimeter gelingt ein präzises Resultat. Dabei verhindert die, dem Kontaktieren vorgelagerte, elektronenoptische Prozessüberwachung Fehlschweißungen aufgrund von Positionsabweichungen der Pins.

Eine zusätzliche Produktivitätssteigerung erhalten Hersteller mit der Mehrstrahl-Technik: Dank einer möglichen flexiblen Ablenkung des Elektronenstrahls können mehrere Positionen eines Bauteils gleichzeitig geschweißt werden. Beim Stator bedeutet das ein Fügen von bis zu sechs Pin-Paaren parallel.

60 mm in einem Schweißdurchgang

Der Elektronenstrahl zeigt seine besondere Stärke auch beim Schweißen der Kurzschlussläufer-Rotoren von Elektroantrieben: Dank seinem zuverlässigen und stabilen Tiefschweißprozess erzielt er die benötigte Einschweißtiefe von über 60 Millimetern in nur einem Schweißdurchgang. Dieses Vorgehen sowie die individuelle Strahlführung erlauben schmale Nähte, eine Kompensation möglicher geometrischer Varianzen mittels automatischer Fugensuche und damit ein nahezu verzugsfreies Ergebnis.

Poren- und spritzerfreies Ergebnis

Durch seine hohe Präzision und Qualität überzeugt der Elektronenstrahlprozess auch bei Bauteilen, die einem hohen Anspruch an Langzeitstabilität und Dichtigkeit unterliegen. Als solche Komponenten gelten unter anderem die Kühlsysteme und Batteriegehäuse bei Elektroantrieben. Sie tragen dazu bei, dass die Batterie das Fahrzeug ohne Komplikationen antreiben kann.

Um einen möglichst geringen Einfluss auf die Reichweite der Batterie zu nehmen, greifen viele Hersteller bei der Produktion von Fahrzeugkomponenten auf Aluminium zurück – so auch bei diesen Bauteilen. Beim Fügen dieser Aluminiumgehäuse und Kühlsysteme sorgt der Elektronenstrahlprozess für ein poren- und spritzerfreies Ergebnis bei gleichzeitig präzisen Nähten, sodass die gewünschte Dichtigkeit, eine optimale Stabilität sowie Haltbarkeit erzielt wird.

Diese Beispiele deuten das Potenzial des Elektronenstrahls für den Elektromobilitätsmarkt an. In der Luft- und Raumfahrt, bei Großforschungsprojekten und in der klassischen Automobilindustrie ist er aufgrund seiner Präzision und Vielfältigkeit bereits ein etabliertes Werkzeug. Dr. Thorsten Löwer meint: „Hersteller aus dem Bereich der E-Mobilität können schon heute auf Erfahrungen aufbauen, Synergien nutzen und sich mit einer hohen Qualität, Schnelligkeit und Kosteneffizienz optimal für diesen Zukunftsmarkt aufstellen.“ (bt)

Weitere Details zum Elektronenstrahlschweißen


Kontakt:

Pro-Beam GmbH & Co. KGaA
Zeppelinstraße 26
82205 Gilching
Tel.: +89 899 233-0
E-Mail: info@pro-beam.com
Website: www.pro-beam.com

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Dr. Thorsten Löwer von Pro-Beam zum Elektronenstrahlschweißen


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