Automobilindustrie

Die Automobilbranche ist im Umbruch: E-Mobility und autonomes Fahren dominieren die Diskussion. Gleichzeitig steht die Frage im Raum, wie sich Gewicht und Verbrauch insbesondere der Hybrid-Fahrzeuge weiter reduzieren lassen. Das Fraunhofer ILT arbeitet seit Jahrzehnten mit Partnern aus der Automobilbranche zusammen und bietet sowohl in der Fertigung als auch bei der Ausrüstung neuer Kraftfahrzeuge attraktive Lösungen. So werden für den Leichtbau Fertigungsverfahren entwickelt, wie beispielsweise das Schweißen von ultrahochfesten Stählen und Verbundwerkstoffen, das lasergestützte lokale Enthärten von kaltgepressten Stählen zur Optimierung der Umformtechnik, das Schneiden von CFK-Bauteilen oder das Fügen von artungleichen Leichtbauwerkstoffen.

Für neue Ansätze in der Konstruktion für den Prototypenbau und für neue Prozesskettenansätze in der Serienfertigung werden in der Fahrzeugtechnik individuelle metallische und nichtmetallische Bauteile in kürzester Zeit benötigt. Dazu entwickelt das Fraunhofer ILT seit vielen Jahren Hochleistungs-3D-Druckverfahren, wie beispielsweise das Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Das Entwicklungsspektrum reicht von der Materialtechnik über die Prozessentwicklung bis hin zur Auslegung von Fertigungslinien.

Für den Zukunftsmarkt der E-Mobility werden am Fraunhofer ILT neue Konzepte des Packaging für Leistungselektronik und Batterietechnik entwickelt. Diese reichen vom Packaging einzelner Zellen über das Moduldesign bis hin zur Fertigung von Gesamtbatterien. Konstruktion, Prozessentwicklung und Auslegung von Fertigungssystemen für Batterien und Leistungsmodule sind Schwerpunkte, mit denen die Wissenschaftler die Automobiltechnik unterstützen. Darüber hinaus wird das Fraunhofer ILT im Bereich der Lichttechnik mit der Modellierung neuer optischer Systeme für Pkw-Scheinwerfer sowie der Entwicklung kompakter LIDAR-Systeme beauftragt.

Flexibles Batteriedesign durch Hochraten-Laserablation

Schnell, schonend und zuverlässig: Mit einem maßgeschneiderten Prozess kann das Fraunhofer ILT mit einem leistungsfähigen UKP-Laser Anodenmaterial mit bis zu 1760 mm³/min von sehr dünnen Kupferfolien abtragen, um so Flächen für die elektrische Kontaktierung freizulegen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Schnell, schonend und zuverlässig: Mit einem maßgeschneiderten Prozess kann das Fraunhofer ILT mit einem leistungsfähigen UKP-Laser Anodenmaterial mit bis zu 1760 mm³/min von sehr dünnen Kupferfolien abtragen, um so Flächen für die elektrische Kontaktierung freizulegen.

Aufgrund steigender Marktdurchdringung und Erschließung neuer Anwendungsbereiche gibt es eine stetige Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus mit unterschiedlichen Geometrien. Die Beschichtung der wenige Mikrometer dünnen metallischen Trägerfolie mit dem sogenannten Aktivmaterial stellt einen zentralen Schritt in der Fertigung dar. Wegen der anschließenden Kontaktierung der Elektroden über sogenannte Tabs müssen Teilbereiche der Metallfolie unbeschichtet bleiben.

Gefragt ist eine schnelle, flexible Elektrodenfertigung. Ein Lösungsansatz besteht darin, statt der technisch sehr aufwendigen Teilbeschichtung die gesamte Folie vollflächig zu beschichten, um anschließend selektiv die für die elektrische Kontaktierung notwendigen Stellen mit einem leistungsstarken Ultrakurzpuls(UKP)-Laser wieder freizulegen. Mit einem vom Fraunhofer ILT entwickelten Prozess gelingt es, graphitbasiertes Anodenmaterial mit bis zu 1760 mm³/min von einer 10 Mikrometer dünnen Kupferfolie abzutragen, ohne diese dabei zu beschädigen. Bei heute üblichen Aktivmaterialschichtdicken entspricht dies einer Flächenrate von ca. 4 cm2/s.

Die hochproduktive UKP-Laserablation ist insbesondere für die Batteriezellenfertigung von großem Interesse. Durch den flexiblen Fertigungsprozess lassen sich auch nicht-standardisierte Zellformate auf äußerst produktive Weise fertigen. Diese finden überwiegend in tragbaren elektronischen Endgeräten Einsatz, wo der Lithium-Ionen-Akku bei minimalem Bauraum an das Gerätedesign angepasst werden muss.

Wiederverwendbare Kunststoff-Metall-Hybridverbindungen

Wiederverwendbares Elektronikgehäuse aus Aluminiumdruckguss mit PA6-Kunststoffdeckel.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Wiederverwendbares Elektronikgehäuse aus Aluminiumdruckguss mit PA6-Kunststoffdeckel.

Die Verbindung von artungleichen Werkstoffen stellt die Fertigungstechnik in nahezu allen Wirtschaftszweigen vor große Herausforderungen. Durch den kombinierten Einsatz verschiedener Werkstoffe in einem hybriden Verbund, wie beispielsweise Kunststoffe mit Metallen, können neben Gewichtseinsparungspotenzialen auch Funktionserweiterungen realisiert werden. Während sich Kunststoffe besonders durch ihr geringes Gewicht, ihren günstigen Preis und die fast unbeschränkte Formgebung auszeichnen, können Metalle aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften deutlich höheren mechanischen Belastungen ausgesetzt werden. Eine direkte stoffschlüssige Verbindung beider Werkstoffe scheitert jedoch bisher an der chemischen und physikalischen Unterschiedlichkeit. Eine Anbindung durch Formschluss oder die Verwendung von Zusatzwerkstoffen ist daher erforderlich.

Am Fraunhofer ILT wurde eine Prozesskette zur Verbindung von Kunststoff mit Metall entwickelt, bei der mittels Laserstrahlung zunächst Mikrostrukturen im metallischen Fügepartner erzeugt werden. Im nachfolgenden Laserfügeverfahren wird der Kunststoff plastifiziert und durch Verkrallung in der Mikrostruktur formschlüssig angebunden. Diese Verbindung lässt sich durch eine lokale Erwärmung einfach wieder lösen, sodass eine Baugruppe sortenrein getrennt oder ein Reparaturtausch durchgeführt werden kann. Die laserbasierte Verbindung lässt sich auch mehrmals ohne Festigkeitsverlust fügen und bietet großes Potenzial in Bezug auf Nachhaltigkeit und Wiederverwendbarkeit, etwa für Anwendungen im Automobilbau-Bereich oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Projekte mit Beteilung des Fraunhofer ILT

Strategische
Fraunhofer Projekte

Eine Auswahl von strategischen Projekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT finden Sie auf unserer Cluster-Webseite.

Laufende
Verbundprojekte

Hier finden Sie eine Auswahl von aktuellen Verbundprojekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT.

Abgeschlossene
Verbundprojekte

Hier finden Sie eine Auswahl von abgeschlossenen Verbundprojekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT.

Jahresberichte

In unseren aktuellen Jahresberichtsbeiträgen finden Sie weitere Projektergebnisse.

Ansprechpartner für Projektanfragen

Dr. Achim Lenenbach (komissarisch)

»Messtechnik und EUV-Strahlquellen« 

 

Telefon +49 241 8906-124
-> E-Mail senden

 

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

»Laser und Laseroptik« 

 

Telefon +49 241 8906-206
-> E-Mail senden

Prof. Arnold Gillner

»Abtragen und Fügen« 

 

Telefon +49 241 8906-148
-> E-Mail senden

 

Jasmin Saewe M.Sc.

»Laser Powder Bed Fusion« 

 

Telefon +49 241 8906-135
-> E-Mail senden

 

Dr. Thomas Schopphoven

»Laserauftrag­schweißen« 

 

Telefon +49 241 8906-8107
-> E-Mail senden

 

Dr. Jochen Stollenwerk (kommissarisch)

»Funktionale Schichten und Oberflächen« 

 

Telefon +49 241 8906-411
-> E-Mail senden