Minimale Fehlerquote beim Laserschweißen

John, Sie haben früher für traditionelle Fahrzeughersteller gearbeitet. Warum konzentrieren Sie sich jetzt auf Batteriehersteller?

Die Zahl der Elektrofahrzeuge wächst sehr schnell, um etwa 30 Prozent pro Jahr. Der Übergang von herkömmlichen Verbrennungsmotoren zu Elektrofahrzeugen hat große Veränderungen mit sich gebracht, insbesondere bei den Antriebssträngen. Das bedeutet, dass wir mehr Motoren und Batterien benötigen. Wir haben jedoch weder die Produktionskapazität noch die Technologie, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. Dies ist der perfekte Zeitpunkt für Schweißingenieure in der Automobilindustrie, um in den Bereich der Batterieanwendungen zu wechseln.

Was ist der größte Unterschied zwischen dem Schweißen für Automobile und Batterien?

Bei traditionellen Automobilen werden große Werkstücke mit großzügigen Toleranzen geschweißt, mit Widerstandspunkt- und Lichtbogenschweißen. Batterien werden jedoch per Laser oder Ultraschall geschweißt. Diese Verfahren erfordern präzise Schweißziele und geringe Toleranzen. Deshalb ist die Qualität der Schweißnähte bei Batterien viel kritischer.

Wie kann man die Qualität die geschweißten Nähte bei Batterien am besten sichern?

Eine wichtige Rolle dabei spielt die Technologie für eine genaue Inspektion der Schweißnahtqualität. Doch die Qualitätsprüfung allein verbessert die Qualität der Batterieprodukte noch nicht. Die Fehler selbst müssen minimiert werden, indem man die Herstellungsprozesse optimiert. Deshalb ist die Prozessüberwachung eine gute Ergänzung zur Qualitätsprüfung.

Was ist der Unterschied zwischen Prozessüberwachung und Qualitätsinspektion?

Prozessüberwachung setzt bei den Ursachen, also bei den Herstellungsprozessen an, während sich die Qualitätsinspektion auf die Ergebnisse, also die fertigen Schweißnähte konzentriert. Bei der Herstellung von Batterien ist jede einzelne Schweißnaht aus Sicherheits- und Leistungsgründen kritisch. Obwohl eine gute Lösung für die Qualitätsprüfung verhindern kann, dass fehlerhafte Schweißprodukte in Umlauf gebracht werden, gibt es keine hundertprozentige Garantie. Daher ist eine zusätzliche Lösung erforderlich, und zwar die Prozessüberwachung.

Warum benötigt man eine spezielle Lösung für die Prozessüberwachung?

In Batterien werden Materialien wie Aluminium und Kupfer lasergeschweißt. Aufgrund der technischen Eigenschaften ist es sehr schwierig, fehlerhafte Schweißnähte zu finden. Visuelle Inspektionslösungen bieten keine absolute Sicherheit.

Außerdem findet das Laserschweißen automatisch in einem geschlossenen Raum statt. Ohne Prozessüberwachung weiß niemand, was während des Schweißens passiert. Sobald das Prozessüberwachungsgerät installiert ist, kann man genau sehen, was dort vor sich geht.

Bitte nennen Sie uns ein Beispiel, in denen die Prozessüberwachung in der Massenproduktion effektiv eingesetzt wurde.

Ich habe mit mehreren koreanischen Batterieherstellern an der Prozessüberwachung für verschiedene Schweißanwendungen gearbeitet. Aus meinen vielen Erfahrungen kann ich ein Beispiel herausgreifen: Es gab zwei Werke mit der gleichen Ausrüstung. Das eine verfügte nur über ein Qualitätsprüfungssystem und im anderen wurde zusätzlich eine Prozessüberwachung installiert. Das erste Werk hatte weiterhin einen ähnlichen Prozentsatz an Fehlern, aber das zweite Werk konnte seine Prozesse mithilfe des Prozessüberwachungssystems kontinuierlich verbessern: Der Prozentsatz an Fehlern sank drastisch. Das war ein großer Erfolg.

Bitte erklären Sie uns die Grundprinzipien der Prozessüberwachung.

Aufgrund der intensiven optischen Energie des Laserschweißens werden während des Vorgangs Plasma und thermische Emissionen aus dem Schweißbad emittiert. Indem wir diese Emissionssignale mit Sensoren erfassen, können wir die Stabilität des Prozesses beobachten. Das Schweißbadplasma wird von einem Sensor überwacht, der das sichtbare Spektrum misst. Die thermische Emission hingegen wird von einem Sensor überwacht, der das Infrarotspektrum misst.

Anhand der unter normalen Schweißbedingungen gemessenen Überwachungssignalmuster ist es möglich, abnormale oder problematische Schweißnähte zu erkennen. Die Prozesskontrolle basiert auf algorithmischen statistischen Prinzipien.

Kann das Prozessüberwachungssystem auch für die Qualitätsinspektion verwendet werden?

Eine sehr gute Frage! Prozessüberwachung und Qualitätsprüfung müssen als getrennte Prozesse betrachtet werden. Jedoch kann ein Prozessüberwachungssystem zur Stabilisierung des Prozesses eingesetzt werden. Sobald der Prozess stabil läuft, ist die Abweichung des gemessenen Signals unter normalen Bedingungen sehr gering. In diesem Fall ist es möglich, das Prozessüberwachungssystem für die Qualitätsprüfung zu verwenden – Abweichungen deuten dann zuverlässig auf Qualitätsmängel hin.

Welche Vorteile bringt dieses System für die Kunden mit sich?

Durch den Einsatz der Systeme für Prozessüberwachung und Qualitätsinspektion in der Batterieproduktion kann die Anzahl fehlerhafter Schweißnähte, die das Werk verlassen, minimiert werden. Darüber hinaus ist keine manuelle Inspektion mehr nötig, wodurch massiv Kosten eingespart werden können.

Ein weiterer Vorteil: Wenn eine neue Produktionslinie installiert wird, dauert es lange, bis sich der Prozess stabilisiert hat und eine normale Qualität und Leistung erzielt wird. Wir haben festgestellt, dass es mit Prozessüberwachung nur ein Viertel der Zeit benötigt, weil wir genauen Einblick in den Prozess haben.

Bietet Ihr Unternehmen Monitech auch Lösungen für andere Schweißanwendungen?

Wir haben ein breites Portfolio an Lösungen, um die Schweißqualität zu überwachen; im Bereich der Batterieanwendungen neben dem Laserschweißen auch für das Ultraschall- und das Widerstandsschweißen.

Vielen Dank für das interessante Interview, John.