Optimierte Prozesse für das Schweißen von Bipolarplatten für Brennstoffzellen

Herzogenrath/Weßling, 03. Mai 2022 – Brennstoffzellen gelten als Schlüsseltechnologie der Energiewende. Aufgrund der expandierenden Elektromobilität steigt somit auch der Bedarf an Bipolarplatten für Brennstoffzellen. Es wird daher immer wichtiger, die Platten schnell und mit möglichst geringem Aufwand zu schweißen. Dabei müssen jederzeit höchste Qualitätsanforderungen eingehalten werden. Für optimierte Schweißprozesse kooperiert LaVa-X, Lösungsanbieter für das Laserstrahlschweißen im Vakuum, mit RAYLASE, einem Anbieter von Komponenten zur schnellen Ablenkung und Modulation von Laserstrahlen.

Bipolarplatten übernehmen wichtige Funktionen innerhalb der Brennstoffzelle. Neben Qualitätsanforderungen werden außerdem hohe Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit der Komponenten – in diesem Fall insbesondere an den Prozess des Schweißens – gestellt. Hier bietet sich das Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa-Schweißen) an, das unter geringem Energieaufwand eine hohe Produktivität in optimaler Qualität liefert. Bei der Verwendung konventioneller Singlemode-Faserlaser treten ab einer Schweißgeschwindigkeit von ca. 700 mm/s Humping-Effekte auf. Die Qualität der Schweißnaht wird durch diesen Effekt unzureichend. Das LaVa-Schweißen ermöglicht, verglichen mit dem herkömmlichen Laserschweißen, hohe Einschweißtiefen und qualitativ hochwertige Schweißnähte bei einem geringeren Energieaufwand.

Gebündelte Technologieerfahrung rund um den Laser
RAYLASE entwickelt und fertigt hochpräzise opto-mechanische Komponenten, Steuerkarten und Software zur schnellen Ablenkung und Modulation von Laserstrahlen, die sich in Maschinen und Anlagen gut integrieren lassen. Die Laserablenkeinheiten kommen beispielsweise beim Schweißen von Automobilen und Batterien sowie in der Fertigung von Verpackungen, Elektronikbauteilen, Solarpaneelen, industriellen Textilien und Kleidungsstücken zum Einsatz.
„Gerade beim Schweißen von Bipolarplatten zur Brennstoffzellenherstellung braucht es oftmals größere Bearbeitungsfelder. Hier arbeitet LaVa-X mit unserem AXIALSCAN FIBER-30“, sagt Bernhard Dauner, Vertriebsmitarbeiter bei RAYLASE.

„Ich persönlich schätze die Arbeit mit den Ablenkeinheiten sehr“, sagt Dr. Christian Otten, CEO von LaVa-X. „Anstatt das Bauteil zu drehen, ist es deutlich einfacher, den Laserstrahl entsprechend zu führen. So können wir mehrere Bauteile gleichzeitig bearbeiten.“ Zum Einsatz kommt dabei der SUPERSCAN IV-15 von RAYLASE, der sich außerhalb der Vakuumkammer befindet. „Wir können damit besonders hohe Oszillationsfrequenzen und hohe Amplituden einstellen und somit das Wobble-Schweißen effektiv einsetzen. Auch die hohe Umstelldynamik der kleinen Spiegel ist für uns bei einer geringen Laserleistung sehr wichtig. Wir nutzen zwar auch die 20er- und 30er-Version des SUPERSCAN IV, aber dann nur bei Leistungen über 2 KW oder wenn wir bei gleichzeitig langer Brennweite einen kleineren Spot benötigen.“

Die modellbasierte digitale Regelung des SUPERSCAN IV bietet hohe Dynamik und Endgeschwindigkeit. Diese wirken sich insbesondere bei MOTF-Anwendungen (Marking-and-processing-On-The-Fly) in Verbindung mit einem RAYLASE Linear Translator-Modul positiv aus. Das robuste, wassergekühlte Masterblock-Design ermöglicht – in Verbindung mit der optionalen Luftspülung – Laserleistungen bis 6 kW.

Gemeinsam steigern LaVa-X und RAYLASE so die Produktivität beim Laserschweißen im Vakuum um ein Vielfaches und verringern damit auch den Ressourcenverbrauch.

Über LaVa-X:
Die auf das Laserstrahlschweißen im Vakuum spezialisierte LaVa-X GmbH ist ein Lösungsanbieter, der seine Kunden bei sämtlichen schweißtechnischen Herausforderungen unterstützt. Mit dem Laserschweißen beziehungsweise dem Laserstrahlschweißen im Vakuum lassen sich nahezu alle metallischen Werkstoffe wie Edelstahl, Aluminium, Titan und Kupfer in höchster Qualität verbinden. Für diese Verfahren bietet das Unternehmen seinen Kunden ein breites Spektrum – von der Machbarkeitsstudie über die Auftragsfertigung bis hin zum Bau von Schweißanlagen. Die produktbezogenen Maschinen werden schlüsselfertig bei den Kunden installiert. Das Ziel des erfahrenen LaVa-X-Teams besteht darin, die Qualität sowie die Produktivität beim Laserstrahlschweißen zu verbessern und gleichzeitig Kosten zu senken.

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