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Das Laserschweißen in der Batterieproduktion stellt die Hersteller vor neue Herausforderungen. Jede Schweißnaht ist kritisch. Die nachgeschaltete visuelle Qualitätskontrolle allein kann keine hundertprozentige Sicherheit bieten. Sie muss durch eine Lösung zur Prozessüberwachung ergänzt werden. Unter der Leitung von Yongjoon Cho wurde ein Monitoring-System entwickelt, das speziell auf die Herausforderungen der Batterieherstellung zugeschnitten ist. Dieses System wird bereits von großen koreanischen Batterieherstellern eingesetzt. Im folgenden Interview erfahren Sie mehr über die Lösung und wie Kunden konkret davon profitieren.

Yongjoon Cho („John“) aus Südkorea ist Experte für Schweiß- und Fügeverfahren mit über 30 Jahren Erfahrung in der Automobil- und Batteriefertigung. Aktuell arbeitet er als CTO des Unternehmens Monitech hauptsächlich an Systemen für die Überwachung von automatisierten Schweißprozessen.

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.

Dr. Yongjoon Cho
Die Qualitätsprüfung allein verbessert die Qualität der Batterieprodukte noch nicht.
Dr. Yongjoon Cho CTO von Monitech

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.

Mithilfe der Prozessüberwachung konnten die Prozesse kontinuierlich verbessert werden. Der Prozentsatz an Fehlern sank drastisch.
Yongjoon Cho CTO Monitech

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.

Es ist keine manuelle Inspektion mehr nötig, wodurch massiv Kosten eingespart werden können.
Yongjoon Cho CTO Monitech

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.

Fazit

KURZ GESAGT:

  • Visuelle Qualitätskontrolle allein bietet beim Laserschweissen keine hundertprozentige Sicherheit.
  • Prozessüberwachung setzt bei den Herstellungsprozessen an.
  • Der Einsatz von Prozessüberwachung und Qualitätsinspektion kann die Anzahl fehlerhafter Schweißnähte minimieren.

Zusammenfassung:

Laserschweißen in der Batterieproduktion stellt neue Herausforderungen. Nachgeschaltete visuelle Qualitätskontrolle bietet keine hundertprozentige Sicherheit. Mit einer Lösung zur Prozessüberwachung wird die Anzahl fehlerhafter Schweißnähte, die das Werk verlassen, minimiert. Darüber hinaus ist keine manuelle Inspektion mehr nötig, wodurch massiv Kosten eingespart werden können.

Muchtar Samadzay

Muchtar Samadzay

Key Account Manager Automotive
Telefon
+49 611 7152 7477
E-Mail
muchtar.samadzay@vitronic.com
Muchtar Samadzay ist ein Vertriebsingenieur für Automotive Lösungen der Firma VITRONIC. Seine Erfahrungen aus der Elektromobilität und zukünftiger Entwicklungen im Bereich der Automobilbranche bestätigen seine technische Expertise und fördert die Ideen der Kunden. Bereits während seiner Studienzeiten lernte er das Hineinversetzen in unterschiedlichste Kundengruppen und wendet dieses Wissen heute auf Ihre Bedürfnisse an.

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