Grüner als grün: Laserinnovation für nachhaltigere Elektrofahrzeuge

Grüne Laser schweißen besser

Die Elektromobilität stellt die Lasertechnik vor große Herausforderungen. Denn wichtige Kernkomponenten von Elektromotoren bestehen aus Kupfer – nicht zuletzt, weil es Wärme gut ableitet. In jedem E-Auto sind tausende kupferne Schweißverbindungen in höchster Qualität notwendig. Das Problem: Eben weil Kupfer Wärme so gut ableitet, absorbiert es beim Schweißvorgang nur rund fünf Prozent der Strahlung eines herkömmlichen Infrarot-Lasers und lässt sich entsprechend schlecht verschweißen. Der Materialausschuss ist hoch, die Effizienz gering. Es bilden sich leicht Poren und Spritzer. Das treibt die Kosten nach oben und ist schlecht für die Umwelt.

TRUMPF, der Spezialist für Lasertechnik will das Laserschweißen optimieren. In Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnologie (ILT) haben seine Ingenieur:innen deshalb an der von HEREON betriebenen High Energy Materials Science Beamline von PETRA III Schweißvorgänge und -ergebnisse verschiedener Lasertechniken auf Metall-Keramik-Substraten verglichen. Mit dem brillanten Röntgenlicht von DESY konnten sie nicht nur in die Schmelze hineinschauen, sondern sogar die schmelzflüssige Dynamik wie in einem Film in einer zuvor undenkbaren Qualität sichtbar machen. Ergebnis der Untersuchungen: Laser mit sichtbarem, grünem Licht – mit einer Wellenlänge von rund 500 Nanometern anstatt über 1000 Nanometern wie bei IR-Lasern – können Kupfer wesentlich besser schweißen. Das Metall absorbiert bei dieser Wellenlänge mehr Licht, erreicht schneller Schmelztemperatur und erfordert weniger Laserleistung. Der Prozess verläuft wesentlich effizienter.

Mit grünem Laserlicht kann sich die Industrie also der optimalen Schweißnaht annähern, den Prozess beschleunigen sowie die Kupferplatten bei höchstmöglicher Haltbarkeit so dünn wie möglich und den Materialausschuss so gering wie möglich halten.

Beteiligte Partner:

• TRUMPF
• Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT)
• DESY (PETRA III)
• HEREON (Beamline 07 P07 – High Energy Materials Science Beamline (HEMS)