Image
Das neue Systemkonzept soll die Produktivität beim Schweißen von Bipolarplatten verdoppeln.
Foto: Scanlab
Das neue Systemkonzept soll die Produktivität beim Schweißen von Bipolarplatten verdoppeln.

Schweißen

Scan-Kopf mit Strahlformer für  Brennstoffzellen-Fertigung

Neues Systemkonzept für das Schweißen von Bipolarplatten für Wasserstoff-Brennstoffzellen, soll die Produktivität verdoppeln.

Die Scanlab GmbH entwickelt, gemeinsam mit ihren Schwesterfirmen Blackbird Robotersysteme GmbH und Holo/Or Ltd neue Systemkonzepte für Laseranwendungen wie das Laserschweißen von Bipolarplatten. Durch Integration von spezifischen Strahlformern hat der neuartige Systemaufbau das Potenzial zu einer annähernden Verdopplung der Produktivität beim Schweißen von Bipolarplatten für Wasserstoff-Brennstoffzellen gezeigt, verspricht der Hersteller. Die Brennstoffzellen-Technologie wurde lange als Nischenmarkt eingeschätzt. Inzwischen ist die Nachfrage spürbar gestiegen, nicht zuletzt verursacht durch die Energiewende und die Suche nach alternativen Antrieben. Für eine effiziente Massenfertigung muss jedoch der Durchsatz beim Schweißen metallischer Bipolarplatten, die den Stack einer Brennstoffzelle bilden, gesteigert werden.

Schnelle Scan-Systeme erforderlich

Hohe Schweißgeschwindigkeiten erfordern schnelle Scan-Systeme sowie Hochleistungslaser, beides ist heute verfügbar. Doch ausschlaggebend für die erreichbare Geschwindigkeit ist der Schweißprozess an sich. Häufig treten Fehler in Schweißnähten, wie ‚Humping-Effekte‘ und Einbrandkerben auf, sobald eine gewisse Geschwindigkeit überschritten wird. Blackbird Robotersysteme hat in einem Testaufbau den intelliScan 2D-Scan-Kopf von Scanlab und HOLO/ORs neueste Entwicklung Flexishaper, ein über den gesamten Leistungsbereich einstellbarer Strahlformer, integriert. Die Bestimmung der notwendigen Strahlformung wurde mithilfe einer Prozesssimulation ermittelt. Die Auslegung des eingesetzten Strahlformers ist das Ergebnis eines kombinierten optischen Designs, das diffraktive optische Elemente (DOE) mit einem Scan-System verbindet. Die Applikationsversuche erlaubten das Verschieben des Geschwindigkeitslimits für fehlerfreies Schweißen von 45 m/min auf bis zu 70 m/min.

Image
Georg Hofner, CEO von Scanlab: „Unsere gemeinsame Firmenholding schafft den vertrauensvollen Rahmen, der nötig ist, für eine so enge Zusammenarbeit bei der Entwicklung innovativer Lösungen.
Foto: Scanlab
Georg Hofner, CEO von Scanlab: „Unsere gemeinsame Firmenholding schafft den vertrauensvollen Rahmen, der nötig ist, für eine so enge Zusammenarbeit bei der Entwicklung innovativer Lösungen.

Das Schweißen dünner Bleche für Bipolarplatten stellt ähnliche Anforderungen an den Bearbeitungsprozess wie das Laser-Pulverbettschweißen (LPBF). Beide Verfahren erfordern ein Scanner-Bildfeld von bis zu 500 x 500 mm² sowie eine typische Prozessgeschwindigkeit von rund 1 m/s und darunter. Auch beim Verfahren für Metall-3D-Druck wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht vom Scan-System oder der Laserleistung limitiert, sondern der Prozess an sich setzt die Grenzen für den Durchsatz. Daher sind die erfreulichen Laserschweiß-Ergebnisse der erste Schritt auch auf dem Weg zur Optimierung von LPBF-Prozessen. “Unsere gemeinsame Firmenholding schafft den vertrauensvollen Rahmen, der nötig ist, für eine so enge Zusammenarbeit bei der Entwicklung innovativer Lösungen. Nur in einem vergleichbaren Setup kann man zukünftige Marktbedürfnisse offen analysieren und die Ergebnisse gleich in ein konkretes optisches Design umwandeln.“ berichtet Georg Hofner, Sprecher der Geschäftsführung Scanlab. “Unsere Schwesterfirmen bieten uns einen Werkzeugkasten, den wir mithilfe unserer Erfahrung und unseres Anwendungswissens in greifbare Vorteile für unsere Zielmärkte und Kunden umsetzen können“ fügt Karl Christian Messer, Geschäftsführer Blackbird Robotersysteme, hinzu. “Das ist genau die Form von Kooperation, die einen echten Mehrwert erzielt. Die Kombination von unserer Strahlformungs-Expertise mit dem tiefgehenden Marktverständnis unserer Schwesterfirmen.“ ergänzt Israel Grossinger, Inhaber und Leiter von Holo/OR.

Die nächsten Schritte bestehen darin, das Konzept des Laserschweißens in einem größeren Maßstab zu testen und verschiedene Applikationen parallel zu verfolgen. Scanlabss fiber SYS ist gerade auf die Anforderungen beider Verfahren, LPBF und Schweißprozesse, ausgerichtet. Daher wurde die Integration von DOEs genau in dieses Scan-System, speziell für den Einsatz in Multi-Kopf-Maschinen konzipiert, in die Entwicklungs-Roadmap mit aufgenommen.

Image
fraunhofer_batterie_bipolarplatte.jpeg
Foto: Fraunhofer

Umformtechnik

Neue Brennstoffzellen-Generation aus Chemnitz

Die Bipolarplatten für neuartige Brennstoffzellen kommen aus Chemnitz. Dort wird am Fraunhofer IWU intensiv an der industriellen Nutzung von Wasserstoff geforscht.

Image
Foto: Fraunhofer ILT, Aachen

Laserschneiden

Laserkolloquium Wasserstoff: Brennstoffzellen im Fokus

Am 18. März 2020 veranstaltet das Fraunhofer ILT das erste "Laserkolloquium Wasserstoff". Ein großes Thema ist die Herstellung von Brennstoffzellen.

Image
Lava-X nutzt für Laserschweißprozesse mit geringer Laserleistung den Superscan IV-15 von Raylase.
Foto: Lava-X

Laserschweißen

Schweißen von Bipolarplatten für Brennstoffzellen

Lava-X und Raylase beschließen Technologiepartnerschaft für gesteigerte Produktivität und reduzierten Ressourcenverbrauch beim Laserschweißen im Vakuum.

Image

Trenntechnik

Brennschneiden mit umweltfreundlichem Knallgas

Ein Start-up aus Herne entwickelt einen Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgenerator für umweltfreundliches Brennschneiden mit Knallgas. Die DBU fördert das Projekt.