Aluminium drukdicht in serie laserlassen

Uitdagingen

De batterij en de Batterie-Management-Controller (BMC) vormen het hart van elektrische voertuigen. Het systeem bewaakt, stuurt en optimaliseert het vermogen, de veiligheid en de levensduur van de batterij door de verschillende parameters zoals laadtoestand, temperatuur en celspanning te regelen. De ingebouwde vermogenselektronica wijzigt de in de batterij opgeslagen gelijkstroom in wisselstroom die nodig is voor de aandrijving. Hierbij ontstaat warmte die de elektronica van het voertuig kan beïnvloeden. Moderne koeleenheiden bieden de oplossing. Ze worden als mediumdicht "deksel" in de BMC-behuizing ingebouwd en worden aangesloten op het koelcircuit van het voertuig. Om een effectieve koeling te kunnen realiseren, moet de koeleenheid hierbij in rechtstreeks contact staan met de vermogenselektronica. Hiervoor moet de koeleenheid absoluut vlak zijn. Bovendien moeten ze licht in gewicht zijn om het totaalgewicht niet onnodig te verhogen. Niettemin moeten ze voldoen aan de drukweerstandvereisten van de automobielproducent. 

“Onze klant vroeg een koelplaat van getrokken aluminium met de afmetingen 900 x 200 millimeter te maken. Het bleek een echte uitdaging, zelfs voor onze meest ervaren specialisten”, vertelt Joseph Gampp, afdelingshoofd Productmanagement bij Feinwerktechnik hago. Moeilijke opdrachten motiveren het team. "Na uitgebreid onderzoek en testen met TRUMPF hebben we een procesveilige oplossing gevonden. We zijn nu klaar om de koeleenheid in serie te produceren", bericht Gampp met de nodige trots. 

Oplossingen

Met BrightLine Weld biedt TRUMPF al laren geproefde laserlaservaringen om snel, poriënvrij en gasdicht roestvrij staal te lassen. Het in 2021 ontwikkelde optisch systeem Multifocus verhoogt de toepasbaarheid nog meer: in combinatie met BrightLine Weld lukte het zelfs om aluminium drukdicht te lassen. Om dit te bereiken splitst het optische systeem de laserstraal van een TruDisk-laser in een ringstraal en een kernstraal, die op hun beurt weer worden gesplitst in vier spots die zo worden gepositioneerd dat een gemeenschappelijk smeltbad ontstaat. Het hierdoor ontstane, continu geopende Keyhole voorkomt dat het stoomkanaal instort, waardoor ook bij een snel lasproces een poriënvrije lasnaad kan worden aangebracht zonder gasinsluitingen. 

Realisatie

In eerste instantie probeert het team rondom Joseph Gampp de koeleenheid in aluminium te lassen met de bestaande machines. Het breekpunt: de aanvankelijk dichte lasnaden zijn niet bestand tegen de vereiste gebruiksdruk en breken open. “Dat was voor onze klant een doorslaggevend criterium. De autofabrikant eiste immers voor zijn goedkeuring te geven zogenaamde drukpulsatietests”, zegt Gampp. Hij verklaart zich nader: "De volledige assemblage moet minstens 100.000 keer een bepaalde druk kunnen weerstaan. Zodra we dit probeerden bij onze proefstukken gingen onze lasnaden door de knieën." 

Samen met TRUMPF werkten de specialisten van hago daarom aan een stabiel productieproces dat vooral ook geschikt moest zijn voor serieproductie. In het lasertoepassingscentrum van TRUMPF bleek al snel dat aan alle eisen en voorwaarden kon worden voldaan met BrightLine Weld en het optisch systeem Multifocus. De lasnaad is zo stabiel dat deze ook standhoudt onder hoge druk.  Bovendien kunnen de parameters zo flexibel worden ingesteld dat de laser ook lange naden snel, procesveilig en zonder vertraging kan lassen. Daarnaast was belangrijk dat de koeleenheid absoluut vlak is omdat ze in direct contact staat met de vermogenselektronica in de BMC en deze op effectieve wijze kan koelen. "Ondertussen produceren we het component met een reproduceerbare vlakheid van minder dan één millimeter", zegt Gampp.  

Met de investering in een laserlasintallatie TruLaser Cell 7040 met BrightLine Weld en lasoptiek met Multifocus-technologie kon hago voldoen aan de voorwaarde voor de serieproductie van de koelplaten. De preserie van ongeveer 3000 componenten is net achter de rug. De komende zes jaren zullen er bij hago meer dan 610.000 koeleenheden van de band lopen. "We slaagden erin te realiseren wat velen voor onmogelijk hielden", zegt Gampp en voegt er trots aan toe. "Dit maakt voor ons het verschil." 

Vooruitzicht

Het concept van de ingebouwde koeling in Batterie-Management-Controllers is nieuw, maar heeft een bijzonder groot potentieel. Joseph Gampp hoopt dan ook dat de kennis die hij tijdens de samenwerking met TRUMPF heeft opgedaan, ook bij andere projecten kan worden toegepast. "De technologie past perfect in ons strategische visie", zegt hij. Hij heeft er dan ook alle vertrouwen in dat de tijdintensieve ontwikkeling zal renderen. 

Versie: 14-5-2025