Szczelne spawanie aluminium w serii za pomocą lasera

Wyzwania

Najważniejszym elementem pojazdów elektrycznych jest akumulator i kontroler zarządzania akumulatorem (BMC). Jego zadaniem jest monitorowanie, sterowanie i optymalizacja mocy, bezpieczeństwa i żywotności akumulatora poprzez regulację parametrów, takich jak stan naładowania, temperatura i napięcie ogniw. Wbudowana elektronika mocy przekształca prąd stały akumulatora na prąd przemienny, który jest potrzebny dla napędu. Powstaje przy tym ciepło, które może zakłócać działanie elektroniki. Z pomocą przychodzą nowoczesne jednostki chłodzenia. Można je zintegrować w obudowie BMC jako nieprzepuszczającą mediów „pokrywę” i podłączyć do obiegu chłodzenia pojazdu. Jednostka chłodzenia musi mieć bezpośredni kontakt z elektroniką mocy, aby zapewnić efektywne chłodzenie. W tym celu jednostka chłodzenia musi być absolutnie płaska. Ponadto musi być lekka, aby nie zwiększać niepotrzebnie wagi, a mimo to spełnić wymagania prób ciśnieniowych producentów samochodów. 

„Nasz klient pytał o płytę chłodzącą z ciągnionego aluminium o wymiarach 900 x 200 mm – prawdziwe wyzwanie, nawet dla naszych najbardziej doświadczonych specjalistów”, opowiada Joseph Gampp, kierownik działu zarządzania produktem w Feinwerktechnik hago. Ale trudne zadania motywują zespół. „Po szeroko zakrojonych próbach i testach z firmą TRUMPF znaleźliśmy niezawodne rozwiązanie, które pozwala nam obecnie produkować jednostkę chłodzenia w serii”, opowiada z dumą Gampp. 

Rozwiązania

Dzięki BrightLine Weld firma TRUMPF oferuje już od lat sprawdzoną metodę spawania laserowego, umożliwiającą szybkie i gazoszczelne spawanie stali nierdzewnej bez porów. Zaprojektowany w 2021 r. układ optyczny MultiFokus jeszcze bardziej zwiększa możliwości zastosowania: w połączeniu z BrightLine Weld możliwe jest nawet szczelne na ciśnienie spawanie aluminium. Układ optyczny dzieli promień lasera TruDisk na promień pierścieniowy i rdzeniowy, który z kolei dzieli się na cztery punkty i ustawia się tak, że powstaje wspólne jeziorko spawalnicze. Powstający w ten sposób, stale otwarty otwór zapobiega zapadaniu się kanału parowego, co umożliwia uzyskanie spoiny bez porów i wtrąceń gazowych, nawet podczas szybkiego procesu spawania. 

Realizacja

Na początku zespół Josepha Gamppa próbował spawać aluminiową jednostkę chłodzenia za pomocą dostępnych maszyn. Punkt sporny: początkowo szczelne spoiny nie były w stanie wytrzymać wymaganego ciśnienia i pękały. „To było najważniejsze kryterium dla naszego klienta, bo producent samochodów musi zdać tzw. testy pulsacji ciśnienia, zanim uzyska homologację”, mówi Gampp i kontynuuje: „Cały podzespół musi wytrzymać odpowiednie ciśnienie co najmniej 100 000 razy. Gdy tylko wypróbowaliśmy to na naszych elementach testowych, nasze spoiny uginały się”.  

Wraz z firmą TRUMPF specjaliści z hago myśleli więc nad stabilnym, i przede wszystkim nadającym się do produkcji seryjnej procesem. W centrum aplikacji lasera TRUMPF szybko okazało się, że wszystkim wymaganiom można sprostać dzięki BrightLine Weld i układowi optycznemu Multifokus. Spoina jest stabilna na tyle, że wytrzyma nawet wysokie ciśnienie.  Parametry można ustawić elastycznie, dzięki czemu laser może spawać szybko, niezawodnie i bez wypaczeń nawet długie spoiny. Jest to ważne, ponieważ jednostka chłodzenia musi być absolutnie równa, aby mogła mieć bezpośredni kontakt z elektroniką mocy w BMC i zapewniać efektywne chłodzenie. „Obecnie produkujemy element z powtarzalną równością poniżej jednego milimetra”, mówi Gampp.  

Inwestując w system spawania TruLaser Cell 7040 z BrightLine Weld i optykę do spawania z technologią MultiFokus, firma hago stworzyła warunek do produkcji seryjnej płyty chłodzącej. Wstępna seria licząca około 3000 elementów jest zakończona. W ciągu kolejnych sześciu lat z taśmy w hago ma zejść ponad 610 000 jednostek chłodzenia. „Stworzyliśmy coś, co wielu wydawało się niemożliwe”, mówi Gampp i z dumą dodaje. „To nas wyróżnia”. 

Perspektywy

Koncepcja zintegrowanego chłodzenia w kontrolerach zarządzania akumulatorem jest stosunkowo nowa, ale ma duży potencjał. Dlatego Joseph Gampp ma nadzieję, że wiedzę pozyskaną we współpracy z firmą TRUMPF będzie mógł wykorzystać także w kolejnych projektach. „Technologia doskonale pasuje do naszej orientacji strategicznej”, mówi i jest pewien, że czasochłonna praca rozwojowa opłaci się. 

Stan: 14.05.2025