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Laserschweißen von Battery Packs via Stäubli-Roboter

Roboterzelle für das Remote Laserschweißen
Laserschweißen von Battery Packs via Stäubli-Roboter

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Der Stäubli TX2–90 war der einzige Sechsachser am Markt, der die Anforderungen hinsichtlich Tragkraft, Reichweite und Präzision in einer derart kompakten Bauform erfüllen konnte. Bild: Stäubli/Ralf Högel
Zum Verschweißen von Batteriezellen zu Battery Packs für Elektrofahrzeuge hat SWS-Laser mit einem Stäubli-Roboter eine Roboterzelle für das Remote Laserschweißen gebaut.

Ein österreichischer Produzent von Battery Packs stieß auf Empfehlung des Laserherstellers Trumpf auf den Laser-Spezialisten SWS-Laser. Die Anfrage war ein Glücksfall für den Firmengründer Sven Wollstadt, der bereits seit geraumer Zeit mit dem Gedanken spielte, als Systemintegrator Plug&Play-fähige Roboterzellen für das Laserschweißen anzubieten: „Die Anfrage kam für uns genau zur rechten Zeit.“

Um eine hohe Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit der Laserschweißanlage zu gewährleisten, integrierte SWS-Laser nur hochwertige Grundkomponenten in die Anlage, darunter einen gepulsten Grundmode-Faserlaser von Trumpf, ein laserbasiertes Bildverarbeitungssystem, einen Stäubli Sechsachsroboter TX2–90 mit einem speziell entwickelten Prozesskopf von SWS-Laser, eine Beckhoff-SPS sowie eine in Eigenregie geschriebene Software. Für die Auslegung des Roboters mit Blick auf die Erreichbarkeit aller Schweißpunkte, die Tragkraft, die Genauigkeit und die Performance kooperierte SWS-Laser mit Linus G Productions GmbH (LGP) aus dem Nachbarort.

Nahezu 100 Positionen teachen

Nach dem manuellen Einlegen der Rundzellen in die Zelle beginnt der Stäubli TX2–90 dynamisch und präzise mit den Einzelschweißungen der Zellen. Aufgabe des Sechsachsers ist die exakte Positionierung des Prozesskopfes für das Laserschweißen. „Um die Vielzahl an Schweißungen ausführen zu können, mussten wir nahezu 100 Positionen teachen. Dabei fährt der Roboter die Positionen an und führt dann über den Prozesskopf mehrere Schweißungen im statischen Zustand aus. Das garantiert höchste Präzision bei einer respektablen Schweißgeschwindigkeit von rund 100 Millimetern in der Sekunde“, so Sven Wollstadt.

Gerade beim Batterieschweißen spielen Präzision und Prozesssicherheit eine entscheidende Rolle. Ein Durchschweißen der Kupfer-Verbindungsbleche muss aus Sicherheitsaspekten – die Batterien dürfen in keinem Fall beschädigt werden – verhindert werden. Der Laserprozess bietet hier die optimalen Voraussetzungen, weil sich die Einschweißtiefe im µ-Bereich prozesssicher definieren lässt.

Das lasergestützte Bildverarbeitungssystem kann im Vorfeld messen, ob sich das Bauteil in der richtigen Position befindet, und nach dem Schweißen ein Topographie-Profil erstellen. „Mit dieser Technologie können wir die Qualität jeder einzelnen Schweißung hochgenau dokumentieren.“

Den Faserlaser hält man bei SWS für die optimale Technologie für diese Applikation. Für den österreichischen Batteriehersteller kommt ein gepulster 200 Watt Trumpflaser zum Einsatz. SWS kann auf Wunsch aber auch ein kontinuierlich arbeitendes CW-Lasersystem anbieten. Welcher Laser letztendlich bevorzugt wird, hängt von den speziellen Anforderungen sowie den zu verschweißenden Werkstoffen ab.

Das Objektiv bei dieser Applikation besitzt eine relativ kurze Brennweite von 160 mm. Damit ist der Arbeitsbereich zwar etwas enger begrenzt und der Roboter muss öfter umpositionieren, aber dafür ist der Spot klar begrenzt und verfügt in allen Positionen über die nötige Energiedichte und Präzision für die Schweißungen.

Wegbereiter für Standardzellen

Angetan ist Sven Wollstadt von der Performance des Stäubli Roboters sowie dessen einfacher Bedienbarkeit. Der Roboter fährt seine Positionen mit einer Wiederholgenauigkeit von ±30 Mikrometern an. Die steuerungstechnische Integration in die Beckhoff SPS – der TX2–90 verfügt über alle gängigen Schnittstellen – gelang leicht.

Dass das Projekt so problemlos zu realisieren war, bestärkt Sven Wollstadt in seiner Absicht, künftig Plug&Play-fähige Laserschweißzellen mit der Unterstützung der LGP anzubieten: „In absehbarer Zeit werden wir hochmodulare Roboterschweißzellen für unterschiedliche Anwendungsbereiche in unser Programm aufnehmen. Wir sehen hier sowohl in der E-Mobilität als auch in anderen Branchen einen großen Bedarf und sind uns sicher, mit unseren Laser-Zellen voll ins Schwarze zu treffen“, so Sven Wollstadt optimistisch.

Stäubli Tec-Systems GmbH

www.staubli.com, Automatica B5.329


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