| von Gabriel Pankow

Trumpf präsentierte auf der Automotive Photonics einen neuen Laser. Dessen Entwicklung hat das Ditzinger Unternehmenim Zuge seiner E-Mobility-Strategie forciert. Laut Unternehmensangaben eignet sich dieser Laser besser als alle anderen Laser für das Schweißen von Kupfer. 

Kupfer gilt als der wichtigste Werkstoff zur Leitung von Strom und ist aus einem Elektroauto nicht wegzudenken. Mit dem neuen Laser lässt sich Kupfer etwa für die Hochleistungselektronik von E-Autos effizient schweißen.

„Der Wandel hin zur Elektromobilität bietet große Chancen für die deutsche Industrie“, sagte Christian Schmitz, Geschäftsführer für den Bereich Lasertechnik bei Trumpf, auf einer Pressekonferenz im Rahmen der Technologie-Konferenz. „Jetzt gilt es, die aus diesem Strukturwandel heraus entstehenden neuen Technologie- und Tätigkeitsfelder schnell zu besetzen.“

E-Mobility ist Umsatzbringer

Trumpf erwartet durch den Wandel der Autoindustrie weiteres Wachstum für sein eigenes Geschäft. Im Vergleich zum Vorjahr haben sich die Umsätze des Unternehmens mit Produkten und Lösungen, die direkt in die Elektromobilität fließen, verdoppelt. „20 Prozent unseres Auftragseingangs aus der Automobilindustrie kommt mittlerweile aus der Elektromobilität, doppelt so viel wie im vergangenen Jahr“, so Schmitz.

Wie Trumpf die Umstellung auf die Elektromobilität gelang

Der schwäbische Laserspezialist hat laut eigenen Angaben den Strukturwandel in der Automobilindustrie als Vorreiter auf diesem Feld begleitet und ein weltweites Expertennetzwerk aufgebaut, das sich zu 100 Prozent mit der Elektromobilität beschäftigt. Hierbei hat das Unternehmen einen Teil seines Produkt- und Technologieportfolios an die Anforderungen der Elektromobilität angepasst und gleichzeitig neue Entwicklungsprojekte angestoßen.

„Dass uns die Ausrichtung auf die Elektromobilität in dieser relativ kurzen Zeit so gut gelungen ist, liegt in erster Linie an unserer jahrzehntelangen Erfahrung im Hochtechnologiebereich und unserem Branchen-Knowhow in der Automobilindustrie“, sagte Schmitz. So hat Trumpf beispielsweise das Wissen um Verfahren und Fertigung von Batteriepacks aus der Medizintechnik erfolgreich auf die Elektromobilität übertragen.

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Umbruch bringt weiteres Wachstum

Neben der bestehenden Automobilindustrie drängen mit disruptiven Start-ups aus aller Welt und chinesischen Unternehmen auch neue Unternehmen hauptsächlich aus der Batterieproduktion auf den Automobilmarkt.

„Wir können mit unseren Produkten, Technologien und mit unserem Fertigungs-Knowhow sowohl die bestehende Industrie als auch Marktneulinge mit Lösungen für die Elektromobilität ausrüsten: Mit den traditionellen Automobilherstellern sind wir bereits in Entwicklungspartnerschaften. Bei den wichtigen Start-ups haben wir teilweise von der Pike auf mitentwickelt. Und bei den aufstrebenden Unternehmen aus China sind wir aufgrund unserer jahrelangen Technologie-Erfahrung bei der Batteriefertigung gefragter Partner“, sagte Schmitz.

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Fact Sheet: E-Mobility bei Trumpf

Die Transformation der Automobilindustrie vom Verbrenner hin zur Elektromobilität verändert die Arbeitswelt in der Automobilindustrie enorm. Viele Komponenten bleiben zwar gleich, etwa Karosserie, Innenraum, Bremsen – und auch das E-Auto braucht noch Türen.

Gleichzeitig aber tun sich neue Märkte und Beschäftigungsfelder auf: Batterie, Elektromotor, Hochleistungselektronik und spezieller Leichtbau kommen neu hinzu. Es geht um vier Kerntechnologien, von denen Trumpf profitiert, weil erst der Laser ihre hocheffiziente Serienfertigung ermöglicht:

Batterie

Was gerne ganz flott „Batterie“ genannt wird, ist in Wahrheit ein komplexes Gebilde, bestehend aus Batteriezelle, Batteriemodul und Batteriepack. Batterien für E-Autos bestehen aus mehreren Schichten hauchdünner Kupfer- und Alufolien, die mit dem Laser zugeschnitten und verschweißt werden. Anschließend wird flüssiges Elektrolyt eingefüllt und die Batterie mit einem Deckel verschweißt – diese Schweißungen müssen absolut dicht sein.

Denn wenn die Batterie im Betrieb des Elektroautos kaputtgeht, besteht Brand- und Verletzungsgefahr. Zudem lassen sich Trumpf Laser dank digitaler Vernetzung über die gesamte Fertigung überwachen. So lassen sich Qualitätsmängel erkennen, bevor eine defekte Batterie ausgeliefert wird.

Elektromotor

Beim Elektromotor selbst setzen die Hersteller vermehrt auf die sogenannte Hairpin-Technologie. Üblicherweise bekommen die Statoren in E-Motoren eine Wicklung aus Kupferdraht verpasst. Durch dieses „Spulen-Prinzip“ entsteht ein Magnetfeld, das den Elektromotor zum Laufen bringt.

Wie mit einer Stricknadel wird jede einzelne Nut des Stators umwickelt – rein und raus, rein und raus. Das ist für starke E-Motoren, die ein Auto antreiben müssen, aufgrund der dicken Kupferdrähte zu aufwendig und zu zeitintensiv. Deswegen setzt die Industrie auf Hairpins.

Hier schießt eine Druckluftpistole einen rechteckigen Kupferdraht, einer Haarnadel ähnlich, in die Nut hinein. Anschließend werden die Drähte ineinander verdreht und per Laser geschweißt – dadurch entsteht ebenfalls eine Spule. Mit der Trumpf Lösung aus Laser, Optik sowie digitaler Bildverarbeitung und Prozesssteuerung lassen sich in etwas mehr als einer Minute alle 200 Schweißungen pro Motor erledigen.

Hochleistungselektronik

Mit Ladestecker, Stromwandler und Gleichrichter kommt eine ganze Reihe neuer Leistungselektronik ins Auto. Während beim Verbrenner für die gesamte Elektronik eine 24-Volt-Batterie ausreicht, kommen beim E-Auto schnell Spannungen von 800 Volt zusammen. Das heißt: Es sind ausgesprochen robuste Verbindungen notwendig.

Als ausgezeichneter Wärme- und Stromleiter ist hierbei Kupfer der Werkstoff der Wahl. Kupfer lässt sich aber nur mit einem ganz speziellen Laser effizient schweißen, sonst entstehen zu viele Spritzer und die Gefahr von Kurzschlüssen steigt. Diesen sogenannten grünen Laser hat TRUMPF speziell für das Kupferschweißen entwickelt.

Leichtbau

Kein reines Elektromobilitäts-Thema, in jedem Fall aber auch für die Mobilität der Zukunft wichtig: der Leichtbau. Vor fünfzig Jahren war ein Auto aus Stahl. Zumindest fast – denn das bisschen Holz, Leder, Gummi und Glas für Innenausbau und Elektrik fiel kaum ins Gewicht. Heute macht Stahl bei den meisten Autos nur noch etwas mehr als die Hälfte aus. Der Rest ist eine Mischung aus Aluminiumlegierungen, Kunststoffen und Faserverbundkunststoffen wie etwa CFK – Leichtbauwerkstoffen!

Und auch der Werkstoff Stahl ist längst vielfältiger geworden. Immer mehr verschiedene Speziallegierungen werden im Leichtbaufahrzeug genutzt. Also stellt sich in der Automobilindustrie, im Flugzeugbau und anderen Branchen die Frage: Wie kriegen wir all diese verschiedenen Werkstoffe zusammen?

Antworten gibt es viele, aber immer kommt das Wort „Laser“ vor. Trumpf bietet je nach Werkstoff verschiedene Lösungen, um Materialien zu verbinden oder zu trennen, etwa um Teile in der richtigen Größe auszuschneiden.

Wie Lasertechnik Elektromobilität ermöglicht

Wie Lasertechnik Elektromobilität ermöglicht
Grafik: Trumpf