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Patent Searching and Data


Title:
LASER BEAM JOINING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/223654
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for joining at least two joint partners (1, 3) using a laser beam, wherein a laser beam device (13) produces a continuous welding seam (5) along an application web (11) which has a length that is preferably very long. According to the invention, irregularities in the welding seam (5) due to high process speeds (v) are prevented as follows: in a first process step (I), at least two welding seam sections (S1,S3, S5, S7, S9) which are mutually spaced in the web longitudinal direction are produced with respective interposed welding seam interruptions (15); and in a second process step (II), the laser beam device (13) produces an additional welding seam section (S2, S4, S6, S8) in each welding seam interruption (15) so that all of the welding seam sections (S1 to S9) transition into one another without interruptions, thereby forming a continuous welding seam (5).

Inventors:
GRETZER MARKUS (DE)
WEBERPALS JAN-PHILIPP (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/060474
Publication Date:
October 27, 2022
Filing Date:
April 21, 2022
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
International Classes:
B23K26/26; B23K26/244; B23K31/00; B23K101/00; B23K103/04
Foreign References:
US5250782A1993-10-05
US4857697A1989-08-15
DE102016222402A12018-05-17
CN108326419A2018-07-27
EP0143450B11990-08-29
US5595670A1997-01-21
DE102019006217A12020-03-19
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Laserstrahlfügen zumindest zweier Fügepartner (1 , 3), bei dem eine Laserstrahlvorrichtung (13) entlang einer Applikations bahn (11 ) mit bevorzugt sehr großer Bahnlänge eine durchgängige Schweißnaht (5) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermei dung von Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht (5) aufgrund hoher Prozessgeschwindigkeiten (v) das Verfahren aufgeteilt ist in einen ersten Prozessschritt (I), in dem zumindest zwei in Bahnlängs richtung voneinander beabstandete Schweißnaht-Teilstücke (S1 , S3,

S5, S7, S9) mit jeweils zwischengeordneter Schweißnaht-Unterbre chung (15) erzeugt werden, und in einen zweiten Prozessschritt (II), in dem die Laserstrahlvorrichtung (13) in jeder Schweißnaht-Unterbrechung (15) ein weiteres Schweiß naht-Teilstück (S2, S4, S6, S8) erzeugt, so dass sämtliche Schweiß naht-Teilstücke (S1 bis S9) unterbrechungsfrei ineinander übergehen, und zwar unter Bildung der durchgängigen Schweißnaht (5).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Stei gerung der Schweißnaht-Dichtigkeit einander benachbarte Schweiß naht-Teilstücke (S1 bis S9) mit Überlappung (9) ineinander übergehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Schweißnaht-Teilstücke (S1 bis S9) in Längsflucht zur Appli kationsbahn (11 ) ausgerichtet sind, und dass insbesondere im Überlap pungsbereich (9) das Schweißnaht-Ende des einen Schweißnaht-Teil stückes (S1 bis S9) den Schweißnaht-Anfang des benachbarten Schweißnaht-Teilstücks (S1 bis S9) überlappt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schweißnaht-Überlappung die benachbarten Schweißnaht-Teilstücke (S1 bis S5) zueinander schräggestellte Überlappungs-Abschnitte (25) aufweisen, die einander an einem Überlappungspunkt (27) überkreuzen bzw. sich schneiden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fertigstellte Schweißnaht (5) beginnend von ei nem randseitigen ersten Schweißnaht-Teilstück (S1 ) mit aufsteigender Nummerierung unterteilbar ist in ein zweites, drittes, viertes ff. Schweiß naht-Teilstück (S2 bis S9), und dass insbesondere im Laserstrahlfüge- prozess in einer zeitlichen Prozessabfolge das erste, dritte, zweite, fünfte, vierte, siebte, etc. Schweißnaht-Teilstück (S1 bis S9) erzeugt wird.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Laser- strahlfügeprozess in einem Prozessschritt, zum Beispiel dem ersten Prozessschritt (I), zunächst die Schweißnaht-Teilstücke (S1 , S3, S5,

S7, S9) mit ungeradzahliger Nummerierung erzeugt werden, und im an deren Prozessschritt, zum Beispiel dem zweiten Prozessschritt (II), die Schweißnaht-Teilstücke (S2, S4, S6, S8) mit geradzahliger Nummerie rung erzeugt werden.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem insbesondere herkömmlichen Vergleichs- Laserstrahlfügen die Laserstrahlvorrichtung (13) mit einer Prozessge schwindigkeit (v) entlang der Applikationsbahn (11 ) bewegt wird, und zwar unter Bildung einer Vergleichs-Schweißnaht (5‘), und dass insbe sondere bei einer Prozessgeschwindigkeit (v) oberhalb eines kritischen Grenzwerts nach einer Schweißprozess-Startphase periodische Unre gelmäßigkeiten mit Materialanhäufungen (17) und Materialdefiziten (19) auftreten, so dass die in der Schweißprozess-Startphase erzeugte Startphasen-Schweißnaht (21 ) noch einwandfrei ist, während die im weiteren Verlauf des Schweißprozesses erzeugte Schweißnaht (23) mit den periodischen Unregelmäßigkeiten (17, 19) behaftet ist.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des jeweiligen Schweißnaht-Teilstücks (S1 bis S9) in der Schweißnaht (5) kleiner oder gleich der Startphasen-Länge (ls) der im Vergleichs-La- serstrahlfügen erzeugten Schweißnaht (5‘) bemessen ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlfügen als ein Laserstrahltiefschwei ßen realisiert ist, bei dem als Fügepartner (1, 3) übereinanderliegende Blechteile mit einer Materialstärke insbesondere im Bereich von bei spielshaft 50pm bis 250pm, vorzugweise 75 pm, oder im Bereich von beispielhaft 250pm bis 500pm miteinander verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlfügen als ein Laser strahltiefschweißen realisiert ist, bei dem als Fügepartner (1 , 3) überei nanderliegende Blechteile mit einer Materialstärke von beispielhaft grö ßer als 0,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,5mm bis 5mm, beson ders bevorzugt im Bereich von 0,5mm bis 3mm miteinander verbunden werden.

Description:
Verfahren zum Laserstrahlfügen

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlfügen nach dem Oberbe- griff des Anspruches 1.

Beispielhaft können Bipolarplatten einer Brennstoffzelle aus einem Bauteil verbund zweier Blechteile hergestellt werden, die eine sehr dünne Material stärke aufweisen. Zur Vorbereitung des Schweißprozesses werden die Blechteile übereinander gelegt und durch Laserstrahlfügen miteinander ver bunden. Die gebildeten Schweißnähte können sich dabei über eine Länge von mehreren Metern erstrecken.

Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Laserstrahlfügen zumindest zweier Fügepartner erzeugt eine Laserstrahlvorrichtung entlang einer vorde finierten Applikationsbahn eine durchgängige, unterbrechungsfreie Schweiß naht.

Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Laserstrahlfügen bewegt sich der Laserstrahl mit einer Prozessgeschwindigkeit kontinuierlich entlang der Applikationsbahn, wodurch die Schweißnaht gebildet wird. Bei einer Pro zessgeschwindigkeit oberhalb eines kritischen Grenzwerts sowie in Abhän gigkeit weiterer Prozessparameter und den physikalischen und geometri schen Materialeigenschaften treten nach einer Schweißprozess-Startphase periodische Unregelmäßigkeiten im Schweißnaht-Verlauf auf. Dieser Effekt wird als Humping bezeichnet, da er eine Struktur von Perlen beziehungs weise kleinen Anhäufungen einnimmt. In einer solchen Schweißnaht-Struktur bilden sich periodisch Materialanhäufungen und Materialdefizite, die zu einer Schwächung der Schweißverbindung und damit zu einer höheren Wahrscheinlichkeit einer Undichtigkeit führen. Demnach stellt im Stand der Technik der kritische Prozessgeschwindigkeits-Grenzwert, ab dem dieser Ef fekt eintritt, eine Prozessbeschränkung dar.

Vor diesem Hintergrund können im Stand der Technik die Prozessgeschwin digkeiten beim Laserstrahlfügen zur Erzeugung einer gleichmäßig ausge prägten Schweißnahtverbindung nicht beliebig nach oben skaliert werden.

Die Reglementierung durch das Auftreten der Unregelmäßigkeiten (Hum- ping) setzt der Skalierung Grenzen, da damit einhergehend die Funktionalität der Verbindung herabgesetzt wird (zum Beispiel Undichtigkeit bei Anforde rung der Gasdichtheit bei Bipolarplatten aufgrund des partiellen Materialdefi zits). Aufgrund der limitierten Prozessgeschwindigkeit muss somit in einer Großserienfertigung die Anzahl von Schweißanlagen erhöht werden. Zudem besteht im Stand der Technik ein hohes Ausschussrisiko beziehungsweise ein Zusatzaufwand, der sich aus einem Bauteilverzug aufgrund von schweiß bedingtem Wärmeeintrag ergibt.

Bislang existiert keine umgesetzte Großserienanlage, die eine derartige Pro zessgeschwindigkeit erfordert. Mit den bisherigen Konzeptideen ist eine sehr hohe Anzahl von Anlage und Vorrichtungen mit dem damit verbundenen ho hen Investitionsvolumen notwendig, um die erforderlichen Stückzahlen zu er reichen. Die Steigerung der Prozessgeschwindigkeit steht im direkten Zu sammenhang mit der Reduktion der Taktzeit und damit der Produktivität.

Aufgrund der zuvor beschriebenen Prozessgrenzen kann die Prozessge schwindigkeit mit einer Anpassung der Prozessparameter aktuell nicht weiter gesteigert werden. Aktuelle Geschwindigkeiten beim Laserstrahltiefschwei ßen von beispielsweise Stahlblechen belaufen sich auf Werte im Bereich von 1 m/s, welche bei dünnen Folien zu Unregelmäßigkeiten in der Nahtoberflä che und Undichtigkeiten in der Schweißnaht führen.

Aus der EP 0 143450 B1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum ge pulsten Hochenergie-Schweißen bekannt. Aus der US 5 595670 A ist ein Verfahren zum Schweißen mit hoher Geschwindigkeit bekannt. Aus der DE 10 2019 006217 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden mindestens zweier Werkstücke mittels eines Laserstrahls bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Laserstrahlfü gen bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik die Pro zessgeschwindigkeit erhöht werden kann und gleichzeitig periodische Unre gelmäßigkeiten im Schweißnaht-Verlauf vermieden werden können.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Laserstrahlfügen zumindest zweier Fügepartner aus, bei dem eine Laserstrahlvorrichtung entlang einer Applikationsbahn mit bevorzugt sehr großer Bahnlänge eine durchgängige Schweißnaht erzeugt.

Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: So bewegt sich bei einem herkömmlichen Laserstrahlfügen der Laserstrahl mit einer Prozessgeschwin digkeit kontinuierlich entlang der Applikationsbahn, wodurch die durchgän gige Schweißnaht erzeugt wird. Speziell bei einer Prozessgeschwindigkeit oberhalb eines kritischen Grenzwerts treten nach einer Schweißprozess- Startphase periodische Unregelmäßigkeiten mit Materialanhäufungen sowie Materialdefiziten auf. Im Stand der Technik ist daher die in der Schweißpro- zess-Startphase erzeugte Schweißnaht noch einwandfrei, während die im weiteren Schweißprozess-Verlauf erzeugte Schweißnaht mit den periodi schen Unregelmäßigkeiten behaftet ist. Vor diesem Hintergrund wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Schweißnaht nicht kontinu ierlich über die gesamte Applikationsbahn-Länge erzeugt. Vielmehr weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht aufgrund zu hoher Prozessgeschwindigkeiten zwei Pro zessschritte auf: Im ersten Prozessschritt werden zumindest zwei in Applika- tionsbahn-Länge über einen Schweißnaht-Abstand voneinander räumlich entfernte Schweißnaht-Teilstücke mit zwischengeordneter Schweißnaht-Un terbrechung erzeugt. Im zweiten Prozessschritt wird in der Schweißnaht- Unterbrechung ein weiteres Schweißnaht-Teilstück erzeugt, sodass die Schweißnaht-Teilstücke insgesamt unterbrechungsfrei ineinander überge hen, wodurch sich die durchgängige Schweißnaht bildet.

Es ist hervorzuheben, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf das Laserstrahlfügen zweier Fügepartner beschränkt ist. Vielmehr ist das erfin dungsgemäße Verfahren auch für die Herstellung eines Bauteilverbunds aus mehreren Fügepartnern geeignet. Zudem ist hervorzuheben, dass das erfin dungsgemäße Verfahren unabhängig von der Materialstärke einsetzbar ist. Das heißt, dass mit dem Verfahren sowohl Anwendungsfälle mit dickeren Materialstärken, zum Beispiel im Karosseriebau, als auch Anwendungsfälle mit dünnen Materialstärken, beispielsweise ca. 50pm bis 200pm, abdeckbar sind, wie sie beim Laserstrahlfügen von elektrochemischen Komponenten ei nes elektrochemischen Systems auftreten, zum Beispiel bei Bipolarplatten ei ner Brennstoffzelle, bei Batteriezellen-Komponenten oder bei Komponenten eines Batteriemoduls, eines Batteriegesamtsystems, eines Elektrolyseures, eines Wasserstoffverdichters und dergleichen.

Der Idee liegt der Gedanke zugrunde, einen Fügeprozess mittels Laser strahlschweißen zu schaffen, welcher eine hohe Prozessgeschwindigkeit er möglicht und dennoch das Auftreten von Humping in der zu erzeugenden Schweißnaht sicher vermeidet. Die Idee zur Umsetzung ist dadurch gekenn zeichnet, dass eine lange, durchgängige und zudem gasdichte zu erstellende Schweißnaht aus einer Vielzahl von Schweißnahtstücken schrittweise zu sammengesetzt wird. Ziel dabei ist es, dass die einzelnen Schweißnahtstü cke mit einer deutlich höheren Prozessgeschwindigkeit gefügt werden kön nen, wie vergleichsweise eine lange durchgängige Naht.

Die Idee dabei ist, dass zu Beginn einer Schweißnaht sich in Abhängigkeit der Prozessparameter - maßgeblich durch die Prozessgeschwindigkeit - und der physikalischen und geometrischen Materialeigenschaften der Schweiß prozess entwickelt. Während dieser Startphase müssen sich neben der Auf schmelzung der Bauteile die Strömungsfelder um die Kapillare und in das re sultierende Schmelzbad erst aufbauen. In dieser Startphase tritt die periodische Ausbildung von Humps nicht auf. Die Länge dieser Startphase entspricht der Länge der einzelnen Schweißnahtstücke. Sie hängt von den Prozessparametern ab und ergibt sich maßgeblich in Abhängigkeit der Pro zessgeschwindigkeit.

Demzufolge kann die Prozessgeschwindigkeit bezüglich der Schweißnaht stücke deutlich gesteigert werden. Beim Laserstrahlschweißen verwendete Laseroptiken können den Laserstrahl zwischen zwei Schweißnahtstücken (Ende Nahtstück 1 zum Anfang Nahtstück 2) im Millisekundenbereich exakt ausrichten. Dadurch ist es möglich, räumlich voneinander entfernte Schweiß nahtstücke ohne nennenswerten Zeitverlust nacheinander zu erzeugen. Je nach Strategie der aufeinanderfolgenden Reihenfolge der einzelnen Schweißnahtstücke werden diese vorzugsweise überlappend ausgeführt, da mit zwischen den Schweißnahtstücken eine durchgängige, stoffschlüssige sowie gasdichte Verbindung entsteht. Um die Sicherheit der Dichtigkeit zwi schen den Schweißnahtstücken zu gewährleisten, kann neben einer überlap penden Aneinanderreihung die Überdeckung der beiden Schweißnahtstücke als sich kreuzende bzw. sich schneidende Bahngeometrien ausgeführt wer den. Die Länge des zu überlappenden Bereichs wird durch die prozessrele vanten Parameter und die physikalischen und geometrischen Materialeigen schaften bestimmt. Zudem kann über die Prozessführung durch die Laserop tik (zum Beispiel ein Großfeldscanner mit gravimetrisch angetriebenen Spie geln) die Strategie der räumlichen Erzeugung der Schweißnähte festgelegt werden. Vorstellbar sind beispielsweise nacheinander aneinandergesetzte Schweißnahtstücke (Beispielreihenfolge: 1 , 3, 2, 5 ,4, 7, 6, etc. oder erste ge rade dann ungerade Stücke), Nahtnester, Schweißnähte parallelisieren bzw. alternierend aufbauen. Damit lässt sich ebenfalls das entstehende Wärme feld beeinflussen und der damit resultierende thermische Verzug geringhal ten bzw. steuern.

Der wesentliche technische Nutzen der Erfindung besteht in der Steigerung der Prozessgeschwindigkeit beim Laserstrahlfügen von Werkstoffen zum Vermeiden des Humping-Effekts durch Aufteilung der Schweißnaht in Schweißnahtstücke. Nachfolgend werden relevante Erfindungsaspekte nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So ist es bevorzugt, wenn die Länge des jeweiligen Schweißnaht-Teilstücks kleiner oder gleich der Startphasen-Länge der im herkömmlichen Laserstrahlfügen erzeugten Schweißnaht bemessen ist. Die Länge des jeweiligen Schweißnaht-Teilstücks kann daher in einer Versuchs reihe ermittelt werden, in der die Startphasen-Länge der Schweißnaht in ei nem Vergleichs-Schweißprozess ermittelt wird.

In einer technischen Umsetzung können zur Steigerung der Schweißnaht- Dichtigkeit einander benachbarte Schweißnaht-Teilstücke mit Überlappung ineinander übergehen.

In einer ersten Ausführungsvariante können sämtliche Schweißnaht-Teilstü cke komplett in Längsflucht zur Applikationsbahn ausgerichtet sein. In die sem Fall kann im Überlappungsbereich das Schweißnaht-Ende des einen Schweißnaht-Teilstücks mit dem Schweißnaht-Anfang des benachbarten Schweißnaht-Teilstücks überlappen.

Alternativ dazu kann die Schweißnaht-Überlappung wie folgt realisiert sein: So können die benachbarten Schweißnaht-Teilstücke zueinander schräg ge stellte Überlappungs-Abschnitte aufweisen. Die Überlappungs-Abschnitte können sich an einem Überlappungspunkt überkreuzen beziehungsweise sich überschneiden.

Die fertiggestellte Schweißnaht kann beginnend von einem randseitigen ers ten Schweißnaht-Teilstück mit aufsteigender Nummerierung unterteilt sein in ein zweites, drittes, viertes sowie weitere Schweißnaht-Teilstücke. Die Schweißnaht-Teilstücke können im Rahmen der Erfindung in unterschiedli cher Strategie gesetzt werden: Beispielhaft können in einem Laserstrahlfüge- prozess in einer seitlichen Prozessabfolge zunächst das erste, dann das dritte, anschließend das zweite, das fünfte, das vierte, das siebte etc. Schweißnaht-Teilstück erzeugt werden. In einer alternativen Schweißstrate gie können in einem der beiden Prozessschritte (zum Beispiel dem ersten Prozessschritt) zunächst die Schweißnaht-Teilstücke mit geradzahliger Num merierung erzeugt werden. Im anderen Prozessschritt (zum Beispiel dem zweiten Prozessschritt) können anschließend die Schweißnaht-Teilstücke mit ungeradzahliger Nummerierung erzeugt werden.

Erfindungsgemäß ist das Laserstrahlfügen insbesondere als ein Laserstrahl tiefschweißen realisiert, bei dem als Fügepartner übereinander liegende Blechteile mit bevorzugt äußerst dünner Materialstärke miteinander verbun den werden. Die Materialstärke kann beispielhaft in einem Bereich von 75 pm liegen. Es ist jedoch hervorzuheben, dass die Erfindung nicht nur auf dünne Materialstärken beschränkt ist, sondern bei beliebiger Materialstärke und/oder Form der Fügepartner anwendbar ist.

Das Verfahren kann insbesondere beim Laserstrahlfügen von Komponenten in einem elektrochemischen System angewendet werden, etwa Batteriezel- len-Komponenten, oder bei Komponenten eines Batteriemoduls, einer Batte riegesamtsystems, einer Brennstoffzelle, eines Elektrolyseures, eines Was serstoffverdichters oder dergleichen. In diesem Fall können übereinanderlie gende Blechteile mit einer Materialstärke insbesondere im Bereich von bei spielsweise 50pm bis 250pm, oder im Bereich von beispielsweise 250pm bis 500pm miteinander verbunden werden. Alternativ dazu sind auch andere An wendungen möglich, etwa beim Laserstrahlfügen von übereinanderliegenden Blechteilen mit einer Materialstärke im Bereich von beispielsweise 250pm bis 500pm.

Das Verfahren kann ferner beim Laserstrahlfügen von Komponenten im Ka rosseriebau angewendet werden. In diesem Fall können als Fügepartner übereinanderliegende Blechteile mit einer Materialstärke von beispielsweise größer als 0,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,5mm bis 5mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5mm bis 3mm miteinander verbunden werden.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 jeweils eine fertig gestellte Schweißverbindung gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Ansichten;

Figuren 3 und 4 jeweils Ansichten, anhand derer das erfindungsgemäße La serstrahlfügen veranschaulicht ist;

Figuren 5 und 6 jeweils unterschiedliche Ansichten, anhand derer eine in ei nem Vergleichs-Schweißprozess hergestellte Schweißnaht veranschaulicht ist; und

Figur 7 eine Schweißnahtverbindung gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines Bauteilverbun des von zwei oder mehreren Blechteilen. Grundsätzlich lässt sich das Ver fahren unabhängig von der Materialstärke einsetzen. Das heißt neben einem Anwendungsfall zum Beispiel im Karosseriebau sind auch Einsatzfälle mit dünnen Materialstärken im Bereich von beispielsweise ca. 50pm bis 200pm möglich, wie sie bei elektrochemischen Komponenten auftreten, zum Bei spiel Bipolarplatten einer Brennstoffzelle; Batteriezellen-Komponenten, Kom ponenten eines Batteriemoduls bzw. Batteriegesamtsystems, eines Elektroly seurs, eines Wasserstoffverdichters oder dergleichen.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Schweißverbindung zwischen zwei überei nanderliegenden Blechteilen 1 , 3 gezeigt. Die beiden Blechteile 1 , 3 weisen äußerst dünne Materialstärken von zum Beispiel 75 pm auf. Die Blechteile 1 , 3 sind beispielhaft Komponenten eines elektrochemischen Systems, etwa ei ner Batteriezelle oder einer Brennstoffzelle, eines Batteriemoduls bezie hungsweise Batteriegesamtsystems.

Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf die oben angegebene Materialstärke von 75 pm beschränkt ist. Vielmehr können die übereinanderliegenden Blechteile 1 , 3 auch eine Materialstärke insbeson dere im Bereich von beispielsweise 50pm bis 250pm, oder im Bereich von beispielsweise 250pm bis 500pm aufweisen. Alternativ dazu sind auch an dere Anwendungen möglich, etwa beim Laserstrahlfügen von übereinander liegenden Blechteilen mit einer Materialstärke im Bereich von beispielsweise 250pm bis 500pm.

Zudem ist das Verfahren kann nicht auf das Laserstrahlfügen von Kompo nenten eines elektrochemischen Systems beschränkt. Vielmehr ist das Ver fahren bei beliebigen Anwendungsfällen einsetzbar, beispielhaft beim Laser strahlfügen von Komponenten im Karosseriebau. In diesem Fall können als Fügepartner übereinanderliegende Blechteile 1, 3 mit einer Materialstärke von beispielsweise größer als 0,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,5mm bis 5mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5mm bis 3mm, miteinander verbunden werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 sind die beiden Blechteile 1, 3 über eine geradlinig verlaufende Schweißnaht 5 miteinander verbunden, die sich entlang einer strichpunktiert angedeuteten Applikationsbahn 11 er streckt. Die Schweißnaht 5 ist mittels eines später beschriebenen Laser- strahlfügeverfahrens hergestellt, das speziell als ein Laserstrahltiefschwei ßen realisiert ist.

Wie aus den Figuren 1 und 2 weiter hervorgeht, ist die Schweißnaht 5 durch gängig, das heißt unterbrechungsfrei, ausgebildet. Die Schweißnaht 5 ist in den Figuren 1 und 2 in einzelne Schweißnaht-Teilstücke S1 bis S9 unterteilt, und zwar beginnend von einem randseitigen ersten Schweißnaht-Teilstück S1 mit aufsteigender Nummerierung in ein zweites bis neuntes Schweißnaht- Teilstück S2 bis S9. Einander benachbarte Schweißnaht-Teilstücke S1 bis S9 gehen mit einer Überlappung 9 ineinander über. In den Figuren 1 und 2 sind sämtliche Schweißnaht-Teilstücke S1 bis S9 in Längsflucht zur Applika tionsbahn 11 ausgerichtet, entlang der im Fügeprozess ein Laserstrahlkopf 13 einer Laserstrahlvorrichtung mit einer Prozessgeschwindigkeit v geführt wird. In den Überlappungsbereichen 9 ist jeweils das Schweißnaht-Ende des einen Schweißnaht-Teilstücks S1 bis S9 mit dem Schweißnaht-Anfang des benachbarten Schweißnaht-Teilstücks S1 bis S9 überlappt.

Nachfolgend wird anhand der Figuren 3 und 4 das erfindungsgemäße Laser strahlfügen zur Erzeugung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Schweiß naht 5 beschrieben: Demnach weist das Verfahren einen ersten Prozess schritt I (Fig. 3) und einen zweiten Prozessschritt II (Fig. 4) auf. Im ersten Prozessschritt I werden die Schweißnaht-Teilstücke S1, S3, S5, S7, S9 mit ungeradzahliger Nummerierung über einen Schweißnaht-Abstand a vonei nander räumlich entfernt entlang der Bahnlänge der Applikationsbahn 11 mit jeweils zwischengeordneter Schweißnaht-Unterbrechung 15 erzeugt. Im zweiten Prozessschritt II (Fig. 4) erzeugt die Laserstrahlvorrichtung in den je weiligen Schweißnaht-Unterbrechungen 15 die Schweißnaht-Teilstücke S2, S4, S6, S8 mit geradzahliger Nummerierung. Nach Abschluss des zweiten Prozessschrittes II gehen daher sämtliche Schweißnaht-Teilstücke S1 bis S9 unterbrechungsfrei ineinander über, und zwar unter Bildung der durchgängi gen Schweißnaht 5.

Alternativ zu den Figuren 3 und 4 ist jegliche andere Schweißstrategie im Rahmen der Erfindung anwendbar. Beispielhaft können im Laserstrahlfügen in einer zeitlichen Prozessabfolge zunächst das erste, dann das dritte, an schließend das zweite und dann das fünfte ff. Schweißnaht-Teilstück erzeugt werden. Unabhängig davon können die Schweißnaht-Teilstücke S1 bis S9 im Rahmen der Erfindung in beliebiger Reihenfolge gesetzt werden. Die Schweiß-Reihenfolge kann insbesondere bei Fügepartnern mit geringer Ma terialdicke so ausgelegt sein, dass ein sich während des Schweißprozesses ergebender thermischer Bauteil-Verzug vermieden wird.

Die Erfindung ist darüber hinaus nicht auf die in den Figuren gezeigte Anzahl von Schweißnaht-Teilstücken beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung bei ei ner beliebigen Anzahl von Schweißnaht-Teilstücken anwendbar. Ebenso ist die Schweißnaht nicht auf den in den Figuren dargestellten linearen Schweißnaht-Verlauf beschränkt. Vielmehr können die Schweißnaht und/oder die Schweißnaht-Teilstücke in beliebiger Freiform realisiert werden, etwa gekrümmt, kreisförmig rechteckförmig oder dergleichen.

Der Kern der Erfindung besteht in der Erkenntnis, dass bei einem herkömmli chen Laserstrahlfügen, bei dem der Laserstrahlkopf 13 mit kontinuierlicher Prozessgeschwindigkeit v entlang der Applikationsbahn 11 geführt wird, die folgende Problematik vorliegt: So kommt es bei einer Prozessgeschwindig keit v oberhalb eines kritischen Grenzwerts nach einer Schweißprozess- Startphase zu periodischen Unregelmäßigkeiten mit Materialanhäufungen 17 und Materialdefiziten 19. Entsprechend ist die in der Schweißprozess-Start- phase erzeugte Schweißnaht 21 (Figur 5) noch einwandfrei, während im wei teren Schweißprozess-Verlauf der Humpingeffekt eintritt, das heißt die im weiteren Schweißprozess-Verlauf erzeugte Schweißnaht 23 (Figur 5) mit den periodischen Unregelmäßigkeiten 17, 19 behaftet ist.

Damit der Humpingeffekt in der erfindungsgemäßen Schweißnaht 5 vermie den wird, wird zunächst in einer Versuchsreihe ein in den Figuren 5 und 6 angedeutetes Vergleichs-Laserstrahlfügen durchgeführt. Im Vergleichs-La- serstrahlfügen (Figuren 5 und 6) und im erfindungsgemäßen Laserstrahlfü gen (Figuren 1 , 2, 3 und 4) sind die Prozessgeschwindigkeiten v identisch gewählt. Im Unterschied zur Erfindung wird im Vergleichs-Laserstrahlfügen der Laserstrahlkopf 13 mit kontinuierlicher Prozessgeschwindigkeit v entlang der Applikationsbahn 11 geführt. Nach erfolgtem Vergleichs-Laserstrahlfügen wird die Startphasen-Länge ls der im Vergleichs- Laserstrahlfügen erzeugten Startphasen-Schweißnaht 21 ermittelt. Die Länge lt des jeweiligen Schweiß naht-Teilstücks S1 bis S9 wird kleiner oder gleich der Startphasen-Länge l s der im Vergleichs-Laserstrahlfügen erzeugten Startphasen-Schweißnaht 21 bemessen.

In der Figur 7 ist eine Schweißnaht-Geometrie gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel gezeigt. Demzufolge sind die Schweißnaht-Teilstücke S1 bis S5 nicht komplett in Längsflucht zur Applikationsbahn 11 ausgerichtet. Vielmehr weisen die benachbarten Schweißnaht-Teilstücke S1 bis S5 jeweils zueinander schräggestellte Überlappung-Abschnitte 25 auf. Diese überkreuzen bzw. schneiden sich an einem Überlappungspunkt 27, um eine gasdichte Schweißnaht 5 herzustellen.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1, 3 Fügepartner

5 Schweißnaht 5‘ Vergleichs-Schweißnaht

9 Überlappung

11 Applikationsbahn

13 Laserstrahlkopf einer Laserstrahlvorrichtung

15 Schweißnaht-Unterbrechung 17 Materialanhäufungen

19 Materialdefizite 21 Startphasen-Schweißnaht 23 Schweißnaht a Schweißnaht-Abstand ls Länge der Startphasen-Schweißnaht It Länge der Schweißnaht-Teilstücke

S1 bis S9 Schweißnaht-Teilstücke v Prozessgeschwindigkeit

I, II Prozessschritte