{"id":4827,"date":"2022-08-10T13:21:00","date_gmt":"2022-08-10T13:21:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/?p=4827"},"modified":"2025-10-31T03:00:33","modified_gmt":"2025-10-31T03:00:33","slug":"fortschrittliche-lasertechnologie-fur-das-kupferschweisen-in-elektrofahrzeugen-mit-einem-einstellbaren-ringmode-faserlaser","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/advanced-laser-technology-in-electric-vehicles-copper-welding-using-adjustable-ring-mode-fiber-laser\/","title":{"rendered":"Fortschrittliche Lasertechnologie in Elektrofahrzeugen: Kupferschwei\u00dfen mit einem einstellbaren Ringmodus-Faserlaser"},"content":{"rendered":"

W\u00e4hrend Faserlaser<\/strong> eine prim\u00e4re Laserquelle f\u00fcr das Schwei\u00dfen ist, wird seine Wellenl\u00e4nge im nahen Infrarot (IR) von bestimmten Metallen, insbesondere Kupfer, stark reflektiert, was seine Wirksamkeit bei der Bearbeitung dieser Materialien einschr\u00e4nkt. Infolgedessen haben sich gr\u00fcne Hochleistungs-Festk\u00f6rperlaser als potenzielle Alternative f\u00fcr das Kupferschwei\u00dfen herauskristallisiert, da diese Wellenl\u00e4ngen von Kupfer leichter absorbiert werden. Diese gr\u00fcnen Laser haben jedoch mehrere praktische Einschr\u00e4nkungen, die letztlich zu h\u00f6heren Betriebskosten f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

In diesem Artikel werden aktuelle Tests zum Schwei\u00dfen von Kupfer mit einem neuartigen Faserlaser<\/strong> mit einem sehr hellen Zentralstrahl und einem einstellbaren Ringmodus (ARM). Im Vergleich zu kommerziell erh\u00e4ltlichen gr\u00fcnen Lasern der Kilowattklasse ist der ARM mit hoher Helligkeit Faserlaser<\/strong> eine h\u00f6here Schwei\u00dfqualit\u00e4t, einen besseren Einbrand bei verschiedenen Schwei\u00dfgeschwindigkeiten und kosteneffiziente Vorteile beim Schwei\u00dfen von Kupfer. Diese Ergebnisse zeigen, wie Faserlaser<\/strong> sind kosteng\u00fcnstig, zuverl\u00e4ssig und praktisch f\u00fcr anspruchsvolle Kupferschwei\u00dfanwendungen.<\/p>\n\n\n\n

Herstellung von Elektrofahrzeugen<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Der Boom in der Elektrofahrzeugindustrie hat die Nachfrage nach Kupferschwei\u00dfl\u00f6sungen erheblich gesteigert. Im Vergleich zu anderen Metallen verf\u00fcgt Kupfer \u00fcber ideale elektrische, thermische, mechanische und kostentechnische Eigenschaften, weshalb es in Elektrofahrzeugen h\u00e4ufig f\u00fcr Komponenten wie Statoren, Batterien und Stromverteilungssysteme verwendet wird. Viele dieser Komponenten und Systeme werden aus Kupfer geschwei\u00dft.<\/p>\n\n\n\n

Die hohe Leitf\u00e4higkeit und die thermischen Eigenschaften von Kupfer machen es zwar zu einem idealen Material f\u00fcr diese Anwendungen, stellen aber auch eine Herausforderung bei der Verwendung herk\u00f6mmlicher Faserlaser<\/strong> zum Schwei\u00dfen. Insbesondere seine elektronischen Eigenschaften f\u00fchren zu einem hohen Reflexionsverm\u00f6gen bei der Nahinfrarot-Wellenl\u00e4nge von Faserlaser<\/strong>. Au\u00dferdem erfordert die ausgezeichnete W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von Kupfer eine erhebliche Menge an Laserenergie, um das Material zu schmelzen und den Schwei\u00dfprozess einzuleiten.<\/p>\n\n\n\n

Daher ist die Verwendung traditioneller Faserlaser<\/strong> ist oft eine extrem hohe Leistung erforderlich, um die erforderliche Leistungsdichte f\u00fcr das Schmelzen des Materials zu erreichen. Diese Methode der \u201crohen Gewalt\u201d kann jedoch dazu f\u00fchren, dass der Schwei\u00dfprozess instabil wird und extrem empfindlich auf kleine Oberfl\u00e4chenver\u00e4nderungen reagiert. Insbesondere lokale Oberfl\u00e4chenoxidation oder kleine Oberfl\u00e4chenunregelm\u00e4\u00dfigkeiten k\u00f6nnen den Prozess instabil machen und zu ungleichm\u00e4\u00dfigen Schwei\u00dfn\u00e4hten, schlechter Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t und Porosit\u00e4t f\u00fchren. Dar\u00fcber hinaus ist Spritzen ein h\u00e4ufiges Problem, das eine zeitaufw\u00e4ndige Nachbearbeitung erfordert oder zu einer geringeren Ausbeute f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

Gr\u00fcne Festk\u00f6rperlaser<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Kupfer absorbiert gr\u00fcnes Licht viel effizienter als Nahinfrarotlicht, allerdings nur bei Raumtemperatur. Die Energie gr\u00fcner Laser verbindet sich effektiver mit dem Werkst\u00fcck und erm\u00f6glicht einen stabileren und weniger empfindlichen Prozess als herk\u00f6mmliche Faserlaser<\/strong>. Daher setzen einige Hersteller gr\u00fcne Hochleistungs-Festk\u00f6rperlaser ein, w\u00e4hrend andere ihr Potenzial noch pr\u00fcfen.<\/p>\n\n\n\n

Es gibt jedoch erhebliche praktische Probleme beim Einsatz von gr\u00fcnen Hochleistungslasern f\u00fcr die Herstellung von Elektrofahrzeugen. Einige Herausforderungen ergeben sich aus den inh\u00e4renten Eigenschaften und der Struktur dieser gr\u00fcnen Laser.<\/p>\n\n\n\n

Gr\u00fcne Laser k\u00f6nnen durch Frequenzverdopplung von Nahinfrarot-Laserlicht erzeugt werden, was zu gr\u00fcnen Festk\u00f6rperlasern f\u00fchrt. Faserlaser<\/strong> oder Scheibenlaser. W\u00e4hrend diese Technologie bei Anwendungen mit geringer Leistung (unter Kilowatt) weit verbreitet ist, st\u00f6\u00dft sie bei den meisten industriellen Kupferschwei\u00dfaufgaben, die eine Leistung im Kilowattbereich erfordern, auf Schwierigkeiten. Das Verfahren der Frequenzverdopplung hat einen Wirkungsgrad von etwa 50%. Das bedeutet, dass ein 4 kW Singlemode-Infrarotlaser ben\u00f6tigt wird, um eine 2 kW gr\u00fcne Lichtleistung zu erzeugen. Die ungenutzte Energie wird in W\u00e4rme umgewandelt, die durch Wasserk\u00fchlsysteme abgef\u00fchrt werden muss. Dies macht diese Laser energieineffizient, was zu h\u00f6heren Betriebskosten f\u00fchrt und gro\u00dfe Mengen an K\u00fchlwasser erfordert. Au\u00dferdem verschlechtern sich die frequenzverdoppelnden Kristalle aufgrund der hohen Leistung mit der Zeit, was ohne st\u00e4ndige \u00dcberwachung zu Problemen mit der Zuverl\u00e4ssigkeit und zu Ausfallzeiten f\u00fchren kann.<\/p>\n\n\n\n

HighLight\u2122 ARM Faserlaser<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Faserlaser<\/strong> sind wesentlich energieeffizienter als gr\u00fcne Festk\u00f6rperlaser. Mit anderen Worten: Sie ben\u00f6tigen weniger Energie, um die gleiche Nennleistung zu erbringen, und erzeugen weniger Abw\u00e4rme. Dies senkt die Betriebskosten und vereinfacht die K\u00fchlung. Au\u00dferdem, Faserlaser<\/strong> sind \u00e4u\u00dferst zuverl\u00e4ssig und \u00fcbertragen Infrarotlicht effizient durch Glasfasern. Doch trotz dieser idealen Eigenschaften, Faserlaser<\/strong> wurden aufgrund der oben genannten Probleme nicht in gro\u00dfem Umfang f\u00fcr das Kupferschwei\u00dfen verwendet.<\/p>\n\n\n\n

Leistungsstarke Faserlaser<\/strong> werden bereits seit einiger Zeit erfolgreich in der Automobilproduktion eingesetzt. Die anspruchsvollsten Schwei\u00dfaufgaben in der EV-Produktion, insbesondere bei Leichtbauwerkstoffen, erfordern jedoch mehr als nur Grundenergie und hohe Leistung. In der Praxis gibt es viele Anwendungen:<\/p>\n\n\n\n

Sehr d\u00fcnne oder hitzeempfindliche Materialien<\/p>\n\n\n\n

\u201cSchwierig\u201d zu schwei\u00dfende Materialien wie Aluminium, Kupfer und hochfeste St\u00e4hle<\/p>\n\n\n\n

Verbindungen zwischen verschiedenen Materialien<\/p>\n\n\n\n

Um diese anspruchsvolleren Aufgaben zu bew\u00e4ltigen, muss der Laser zwei Hauptfunktionen erf\u00fcllen. Erstens muss er \u00fcber eine ausreichende Energie verf\u00fcgen, um die erforderliche Leistung zu erbringen. Bei dickeren Teilen ist au\u00dferdem eine hohe Leistung erforderlich, um eine ausreichende Materialdurchdringung zu erreichen. Zweitens muss der Laser genau steuern, wie die Leistung \u00fcber die Arbeitsfl\u00e4che verteilt wird - sowohl in Bezug auf die Energiedichte pro Fl\u00e4cheneinheit als auch auf die Energiedichte pro Zeiteinheit.<\/p>\n\n\n\n

Coherent hat die HighLight-Serie mit einstellbarem Ringmodus (ARM) eingef\u00fchrt. Faserlaser<\/strong>, die die Kosten und praktischen Vorteile dieser Lichtquellen f\u00fcr Anwendungen nutzen, die mit herk\u00f6mmlichen Technologien nicht vollst\u00e4ndig abgedeckt werden k\u00f6nnen. Bei diesen Aufgaben ist es von entscheidender Bedeutung, die Leistungsverteilung und Leistungsdichte auf der Arbeitsfl\u00e4che sorgf\u00e4ltig zu steuern, um qualitativ hochwertige Schwei\u00dfn\u00e4hte zu erzeugen (Reduzierung von Spritzern, Minimierung von Rissen und Porosit\u00e4t). Typische Beispiele sind das spaltfreie Schwei\u00dfen von verzinktem Stahl, das spritzerarme Schwei\u00dfen von Antriebsstrangkomponenten und das rissfreie Schwei\u00dfen von Aluminium-Aufh\u00e4ngungsteilen ohne Zusatzdraht.<\/p>\n\n\n\n

Diese pr\u00e4zise Steuerung der r\u00e4umlichen Leistungsverteilung wird durch die einzigartige Strahlausgabe des ARM-Lasers erreicht, die aus einem zentralen Spot und einem zus\u00e4tzlichen konzentrischen Ringstrahl besteht. Die Leistung des zentralen und des ringf\u00f6rmigen Strahls kann unabh\u00e4ngig voneinander eingestellt und angepasst werden, um eine Feinsteuerung der Dynamik des Schmelzbads zu erreichen.<\/p>\n\n\n\n

Kupferschwei\u00dfergebnisse mit ARM-Faserlaser<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Die Anwendungsingenieure von Coherent f\u00fchrten eine Reihe von Kupferschwei\u00dftests mit dem ARM Faserlaser<\/strong> mit einem hellen Zentralstrahl von 22 \u00b5m und einem Ringstrahl mit einem Innen-\/Au\u00dfendurchmesser von 100 \u00b5m\/170 \u00b5m. Das Schwei\u00dfmaterial war reines Kupfer. Bei allen Versuchen wurde eine Laserleistung von 4 kW verwendet, davon 1,5 kW f\u00fcr den Zentralstrahl und 2,5 kW f\u00fcr den Ringstrahl. Die Versuche zeigten, dass die beste Schwei\u00dfqualit\u00e4t bei einer Einstellung der Fokusposition auf 1,5 mm \u00fcber der Materialoberfl\u00e4che erzielt wurde. Diese Position stellt ein gutes Gleichgewicht zwischen Einschwei\u00dftiefe und Qualit\u00e4t dar.<\/p>\n\n\n\n

Schwei\u00dfeffizienz<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Die Schwei\u00dfleistung des ARM Faserlaser<\/strong> wurde gemessen und mit den Ergebnissen verglichen, die f\u00fcr einen 2-kW-Gr\u00fcnlaser ver\u00f6ffentlicht wurden. Bei beiden Schwei\u00dfversuchen wurde Stickstoff als Schutzgas verwendet. F\u00fcr den gr\u00fcnen Laser wurde ein konstanter Schwei\u00dfnahtquerschnitt von 0,5 mm\u00b2 und eine Eindringtiefe von etwa 1 mm angegeben. Um mit dem ARM-Laser \u00e4hnliche Ergebnisse zu erzielen, waren eine Ausgangsleistung von 3,5 kW und eine Schwei\u00dfgeschwindigkeit von 300 mm\/s erforderlich, verglichen mit der Schwei\u00dfgeschwindigkeit des gr\u00fcnen Lasers von 200 mm\/s.<\/p>\n\n\n\n

Qualit\u00e4t der Oberfl\u00e4che<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t. Traditionell Faserlaser<\/strong> k\u00f6nnen Kupfer schwei\u00dfen, sind aber sehr empfindlich gegen\u00fcber Ver\u00e4nderungen der Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t. Die hochbrillanten ARM Faserlaser<\/strong> eine stabile Schwei\u00dfqualit\u00e4t sowohl auf geschliffenen als auch auf polierten Kupferoberfl\u00e4chen.<\/p>\n\n\n\n

Abschluss<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Diese Tests zeigen, dass Coherents einzigartiges, hochhelles ARM Faserlaser<\/strong> ist eine praktische L\u00f6sung f\u00fcr die anspruchsvollen Kupferschwei\u00dfanwendungen in Elektrofahrzeugen. Die Einschwei\u00dftiefe und die Verarbeitungsgeschwindigkeit erf\u00fcllen oder \u00fcbertreffen die aktuellen Produktionsanforderungen. In der Vergangenheit haben die Empfindlichkeit der Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t und die Instabilit\u00e4t des Prozesses die Verwendung von Faserlaser<\/strong> f\u00fcr das Kupferschwei\u00dfen, aber der ARM-Laser \u00fcberwindet diese Probleme. Dieser neue ARM-Laser mit seiner Kosteneffizienz, Zuverl\u00e4ssigkeit und seinen praktischen Vorteilen positioniert Faserlaser<\/strong> Technologie als bevorzugte Wahl f\u00fcr viele industrielle Anwendungen und bringt all diese Vorteile auch f\u00fcr anspruchsvolle Kupferschwei\u00dfaufgaben mit sich.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

While fiber laser is a primary laser source for welding, its near-infrared (IR) wavelength output is highly reflected by certain metals, particularly copper, which limits its effectiveness for processing these materials. As a result, high-power solid-state green lasers have emerged as a potential alternative for copper welding, since these wavelengths are more easily absorbed by copper. […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":4823,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[5,3],"tags":[102],"table_tags":[],"class_list":["post-4827","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-professional-knowledge","category-blog","tag-sheldon-li"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4827","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4827"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4827\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5214,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4827\/revisions\/5214"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/4823"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4827"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4827"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4827"},{"taxonomy":"table_tags","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.greenstone-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/table_tags?post=4827"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}