Laser: Wunderwaffe für Elektromobilität?

2019 starteten Sie als Mitinitiator das Lasersymposium Elektromobilität. Den Erfolg des LSE konnte auch selbst die Corona-Pandemie nicht bremsen. Die Anzahl der Vorträge hat sich seitdem fast verdoppelt. Jetzt, beim fünften LSE mit 50 Teilnehmenden waren neben Stammgästen auch etliche neue Teilnehmende. Woher rührt das große Interesse?

Olowinsky: Viele Unternehmen aus dem automobilen Umfeld suchen sich als Zulieferer wegen des Abschieds vom Verbrenner neue Betätigungsfelder. Beschleunigt wird das Interesse aufgrund der Wachstumszahlen des Marktes und wegen der steigenden Anwendungen.

Ähnliches hörte ich auch von einem Hersteller von Leistungselektronik, der das LSE erstmals besuchte. Er kam auch nach Aachen, weil er das Event als ein Netzwerk ansieht, auf dem man sich austauschen kann.

Olowinsky: Das war von Anfang an unser Plan. Wir wollten keine Frontalveranstaltung, bei der nur Vorträge abgespult werden. Es gibt Pausen, bei denen sich unsere Gäste untereinander austauschen und Kontakt aufnehmen. Diese Diskussionsplattform hat zu völlig neuen Verbindungen geführt nach dem Motto: Ach, das macht Ihr auch, ich bin an etwas Ähnlichem dran.

Im Mittelpunkt stehen von Anfang an laserbasierende Fertigungsmethoden für die Produktion von Batteriemodulen und -packs. Welche Lücken in der Prozesskette wurden geschlossen?

Olowinsky: Der Laser ist bereits an vielen Stellen vertreten – etwa bei der Oberflächenbehandlung, Reinigung oder der Entfernung von Isolationsschichten. Und der Laser ist im Kommen als energiesparende Alternative zu gasbetriebenen Trocken-Öfen oder zum Erhöhen der Batterieleistungsdichte mit Hilfe von Oberflächen, die mit Ultrakurzpulslasern gezielt strukturiert werden.

Im wahrsten Sinne cool war der Vortrag von Matti Autioniemi, CEO und CTO von Aurora Power Trains Oy aus Rovaniemi (Finnland), dem Hersteller der weltweit ersten elektrischen Schneemobile. Welche Rolle spielte das Fraunhofer ILT bei diesem Projekt?

Olowinsky: Wir haben das Laserschweißkonzept für ihre Batterien entwickelt. Das ist ein typisches Beispiel für ein Start-up mit einer guten Idee, aber ohne eigene Kapazitäten. Wir haben die Idee evaluiert, die ersten Muster gefertigt und sie bei der Weiterentwicklung begleitet. Jetzt unterstützen wir sie bei der Umsetzung für die Großserienfertigung.

Erstaunlicherweise beschäftigt sich auch Kautex Textron, ein Hersteller von Kunststofftanks, neuerdings mit dem Laserschweißen von Batterien, die sich dank speziellem Thermomanagement ohne extreme Erhitzung sehr schnell laden und entladen lassen. Worauf kam es bei der Fügetechnik an?

Olowinsky: Kautex entschied sich beispielsweise bei den Stromsammelschienen für ein von uns entwickeltes Verfahren zum Laserschweißen, weil es laut Referent Frank Süßemilch zwar von der Anlagentechnik teurer als Drahtbonden ist, aber präziser fügt.

Sehr verblüfft hat mich der Vortrag von Christian Dini, General Manager Europe der Civan Advanced Technologies Ltd. aus Jerusalem (Israel), deren bis zu 100 Kilowatt starke Laserquellen mit digital geregelten 32 Einzelstrahlen arbeiten, um das Schmelzbad positiv zu beeinflussen. Welche Einsatzmöglichkeiten sehen Sie?

Olowinsky: Die üblichen Strahlformen wie Top-Hat oder Gauß sind nicht immer das Optimum für das Schweißen. Es gibt schon lange Überlegungen in Richtung alternativer Strahlformen. Das Gute an der Lösung aus Israel: Ich kann mit beliebigen Strahlformen den Einfluss auf das Schmelzbad untersuchen. Es wird sich zeigen, ob der Markt zu dem Mehraufwand bereit ist. Wenn sich damit sehr viel schneller, besser oder variabler schweißen lässt, ist es eine interessante Lösung. Allerdings fehlt mir noch etwas das Anwendungsgebiet für einen 100 Kilowatt-Laser. Ich weiß nämlich noch nicht, wo bei einem Auto Einschweißtiefen von mehreren zehn Millimetern nötig sind.

Wichtig ist ein höheres Verständnis der Vorgänge bei Laserprozessen. Gehring Technologies überwacht das Laserschweißen von Hairpins mit X-Ray-Röntgenstrahlung und Semikron Danfoss checkt die Laserschweißstellen in der Leistungselektronik mit Ultraschallmikroskopie. Manche setzen auf noch aufwendigere Verfahren wie optische Kohärenztomographie. Wo geht die Reise bei der In-Situ-Prozessüberwachung hin?

Olowinsky: Das Problem ist, dass alle nur den Prozess beobachten und nur sehr wenige ihn regeln – und wenn, dann nur von Prozess zu Prozess. Im Kommen sind Multisensor-Anwendungen, um oft an vielen Stellen jede Menge Messsignale zu erhalten. Ich bin mir allerdings sicher, dass da kein Messverfahren das Rennen macht, sondern dass es auf die anschließende intelligente Auswertung ankommt.

Thomas Grünberger von der Wiener nLIGHT GmbH empfahl in seinem Vortrag Machine Learning als nützliches Mittel zum Analysezweck von Big Data, wobei die endgültige Auswertung dann menschliche Intelligenz übernimmt. Sehen Sie KI-Tools auch als nützliche Assistenten an, die einen unterstützen?

Olowinsky: Ja, denn KI kann in einem Durchgang sehr viele Signalebenen beobachten. Wenn wir uns zum Beispiel auf Spritzer fokussieren, bemerken wir eventuell nicht die Rissbildung. Da wäre ein KI- oder Machine-Learning-System extrem hilfreich, das mehrere Messsignale miteinander erfasst und verknüpft. Die Endauswertung muss dann der Mensch mit seinem Expertenwissen übernehmen.

Als Hilfe zur Selbsthilfe entsteht in Geilenkirchen mit Landesmitteln das Battery Launch Center NRW, das bereits Partner wie Kuka, LBBZ oder die RWTH Aachen University fand. Was unterscheidet das BLC.nrw von der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB in Münster?

Olowinsky: Beide Institutionen ergänzen sich sehr gut, denn Münster erforscht die Verfahrensfragen zur Batteriezellproduktion; das BLC.nrw entwickelt die Anlagentechnik und das dazu nötige Know-how, um aus den Zellen ein komplettes Batteriesystem herzustellen.

Welche weiteren Partner suchen Sie noch, an wen sollen sich Interessenten wenden?

Olowinsky: Wir suchen Firmen, die Equipment für die Fertigung von Batteriesystemen anbieten, und potenzielle Nutzer einer solchen Einrichtung. Wer uns also Anlagentechnik zur Verfügung stellen kann oder Produktions- oder Entwicklungs-Kapazität braucht, soll sich an Dr. André Häusler, den Gruppenleiter für Fügen von Metallen am Fraunhofer ILT, oder an mich wenden.