Tlakotěsné svařování hliníku laserem v sérii

Výzvy

Srdcem elektro vozidel je baterie a Battery Management Controller (BMC). Kontroluje, řídí a optimalizuje výkon, bezpečnost a životnost baterie, tím že reguluje parametry jako stav nabití, teplota a napětí článků. Zabudovaná výkonová elektronika přeměňuje stejnosměrný proud baterie na střídavý proud, který je potřeba pro pohon. Při tom vzniká teplo, které může ovlivnit elektroniku. Moderní chladicí jednotky poskytují pomoc. Lze je jako „víko“ těsné vůči médiím integrovat do pouzdra BMC a připojit k chladicímu okruhu vozidla. Chladicí jednotka musí při tom mít přímý kontakt s výkonovou elektronikou, aby bylo zajištěno efektivní chlazení. K tomu je nutné, aby chladicí jednotka byla absolutně rovná. Kromě toho jednotky mají být lehké, aby zbytečně nezvyšovaly hmotnost a přesto by měly odpovídat požadavkům tlakových zkoušek výrobců automobilů. 

„Náš zákazník poptával svou chladicí desku z taženého hliníku o rozměrech 900 x 200 milimetrů – skutečná výzva, dokonce i pro naše nejzkušenější specialisty“, vypráví Joseph Gampp, vedoucí oblasti managementu produktů u firmy Feinwerktechnik hago. Avšak obtížné úlohy motivují tým. „Po rozsáhlých zkouškách a testech se společností TRUMPF jsme nalezli procesně bezpečné řešení a můžeme chladicí jednotku nyní vyrábět v sérii“, informuje hrdě Gampp. 

Řešení

S BrightLine Weld společnost TRUMPF nabízí již po léta vyzkoušený postup svařování laserem, který umožňuje rychlé, plynotěsné svařování nerezové oceli bez pórů. V roce 2021 vyvinutá optika MultiFokus znovu zvyšuje možnosti použití: V kombinaci s BrightLine Weld se s ní daří dokonce tlakotěsné svařování hliníku. K tomu účelu rozdělí optika laserový paprsek laseru TruDisk na paprsek jádra a prstence, který je opět rozčleněn do čtyř spotů umístěných tak, že je vytvořena společná tavná lázeň. Tím vznikající, kontinuálně otevřený keyhole zabrání kolabování parního kanálu, což i při rychlém procesu svařování umožňuje vytvořit svar bez vzniku pórů vlivem vměstků plynu. 

Realizace

Na začátku tým kolem Josepha Gamppa zkoušel svařovat hliníkovou chladicí jednotku se stávajícími stroji. Bod zlomu: Nejdříve těsné svary neobstály v náporu příslušného používaného tlaku a zlomily se. „To bylo pro našeho zákazníka K. O. kritérium, neboť výrobce automobilů trvá před schválením na takzvaných tlakových pulzačních testech“, říká Gampp a objasňuje: „Celá konstrukční skupina musí minimálně 100.000-krát odolat určitému tlaku. Jakmile jsme to vyzkoušeli u našich testovacích dílů, naše svary selhaly.“  

Se společností TRUMPF proto dumali specialisté firmy hago nad stabilním procesem vhodným především také pro série. V laserovém aplikačním centru TRUMPF se rychle ukázalo, že všechny výzvy lze zvládnout s BrightLine Weld a optikou Multifokus. Svar je tak stabilní, že odolá i vysokému tlaku.  Při tom lze parametry nastavit tak flexibilně, že laser i dlouhé svary svařuje rychle, procesně bezpečně a nedeformovaně. To je důležité, protože chladicí jednotka musí být absolutně rovná, aby mohla být v přímém kontaktu s výkonovou elektronikou v BMC a efektivně chladit. „Mezitím vyrábíme díl s reprodukovatelnou rovností méně než jeden milimetr“, říká Gampp.  

Firma hago s investicí do laserového svařovacího zařízení TruLaser Cell 7040 s BrightLine Weld a svářecí optikou s technologií MultiFokus vytvořila předpoklad pro sériovou výrobu chladicí desky. Nultá série s asi 3.000 díly je dokončena. Během dalších šesti let má více než 610.000 chladicích jednotek u firmy hago sjet z pásu. „Zvládli jsme to, co mnoho lidí považovalo za nemožné“, říká Gampp a hrdě dodává. „To nás utváří.“ 

Výhled

Koncepce s integrovaným chlazením v Battery Management Controller je poměrně nová, má ale velký potenciál. Proto Joseph Gampp doufá, že ve spolupráci se společností TRUMPF získané znalosti bude možné využít i u dalších projektů. „Technologie se perfektně hodí do našeho strategického zaměření“, říká a je plný důvěry, že se časově náročná práce na vývoji vyplatí. 

Stav: 14.5.2025