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IAA 2015 Laserstrahl ermöglicht Leichtbau-Batteriepacks für Elektroautos

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Batterien für Elektrofahrzeuge sollten möglichst leicht sein. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT zeigt auf der IAA in Frankfurt, wie sich mit per Laserstrahlverfahren Leichtbaubatterien für die Elektromobilität herstellen lassen.

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Block mit hermetisch dichten laserstrahlgeschweißten Batteriekontakten für zylindrische Zellen Typ 18650
Block mit hermetisch dichten laserstrahlgeschweißten Batteriekontakten für zylindrische Zellen Typ 18650
(Bild: Fraunhofer ILT, Klaus D. Wolf)

Die Elektrifizierung der Fahrzeugantriebe weiterzuentwickeln ist in wirtschaftlicher und umweltpolitischer Hinsicht zukunftsweisend: Zur Umsetzung der Klimaziele, insbesondere der Senkung von CO2-Emissionen, bietet die auf erneuerbaren Energien basierende Elektromobilität für die Automobilindustrie wertvolle Lösungen.

Mit dem Einsatz von Leichtbaumaterialien kann das Gewicht der Fahrzeuge signifikant reduziert und somit ihre Reichweite erhöht werden. Auf der 66. Internationalen Automobil-Ausstellung IAA in Frankfurt präsentiert das Fraunhofer ILT zusammen mit 16 weiteren Fraunhofer-Instituten vom 15. bis zum 18. September 2015 das Verbundprojekt „Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität II“. Anhand des Beispiels „Leichtbaubatteriepack“ demonstrieren sie den Besuchern, wie mit dem Einsatz von Leichtbautechniken Fahrzeugantriebsenergie bereitgestellt werden kann. Gezeigt werden drei unterschiedliche und teilweise komplementäre Prozesstechniken.

Laserstrahlschneiden und -schweißen

Leichtbaubatteriepack aus einer Kombination von hochfestem Stahl und FVK
Leichtbaubatteriepack aus einer Kombination von hochfestem Stahl und FVK
(Bild: Fraunhofer ILT)
Bei der Bearbeitung von hochfestem Stahl gilt es, zu hohe thermische Beeinflussung und somit Materialschäden zu vermeiden. Deswegen eignet sich der Einsatz des Laserstrahlschneidens und -schweißens hier besonders gut. Zudem sind diese Verfahren wirtschaftlich effizienter als traditionell eingesetzte spanende Verfahren, da hier kein Materialverschleiß entsteht. „Dieser Bearbeitungsprozess wird derzeit bereits von Volvo eingesetzt. Neu ist hier allerdings die Kombination einer Kunststoff/Metall-Verbindung beispielsweise für den Einsatz in der Karosserie, die wir der Automobilindustrie erstmalig vorstellen. Dank der Verbindung mit Kunststoff wird letztlich weniger Stahl in der Anwendung benötigt. Wir erzielen eine höhere Festigkeit des Batteriegehäuses bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion. Durch diesen Prozess stellen wir sicher, dass das Leichtbaupotenzial von hochfestem Stahl ausgeschöpft werden kann“, erklärt Dr. Alexander Olowinsky.

Verbindung von Kunststoff und Metall

Als technologische Prozessalternative zum herkömmlichen Kleben von Multimaterialverbünden stellt das Fraunhofer ILT ein Laserverfahren zur Verbindung von einfachen Halbzeugen, den Organoblechen mit Metallen, wie etwa hochfestem Stahl vor. Dieser Prozess kann beispielsweise im Automobilleichtbau Verwendung finden sowie in den Bereichen Mechanik und Kleinbauteile. Bei dem zweistufigen Verfahren wird zunächst über einen kontinuierlich emittierenden Faserlaser auf der Metallseite mit hoher Geschwindigkeit eine Mikrostruktur eingebracht.

Die Strukturen mit Breiten von 30 µm und ca. 100 µm Tiefe weisen einen Hinterschnitt auf. Im nachfolgenden Fügeschritt wird der Kunststoff an die Struktur gedrückt und bis zur schmelzflüssigen Phase des Matrixwerkstoffes erwärmt. Der Matrixwerkstoff fließt dann in die Mikrostrukturen und verkrallt sich in den Hinterschnittstrukturen. Das Ergebnis: die Verbindung ist hochbelastbar ohne die Anwendung eines Zusatzwerkstoffs.

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