„Beim Ultraschallschweißen von Kontakten und Ableitern an Handy-Akkus gilt es, ein paar besondere Herausforderungen zu meistern. Da eignen sich nicht alle Verfahren“, betont Axel Schneider, Vertriebsleiter bei der Telsonic AG. So ist die Geschwindigkeit der Fertigung eine große Herausforderung. Lange Positionierwege von Hammerkopfsonotroden beim longitutinalen Ultraschallschweißen erfüllen die geforderte Taktzeit bei weitem nicht. Beim von Telsonic entwickelten torsionalen Ultraschallschweißverfahren kommt die schlanke Sonotrode von oben und kann nur wenige Millimeter direkt über dem Schweißpunkt vorgehalten werden. Das macht die Positionierung extrem schnell. Ein weiterer Vorteil ist das Einbringen der Schweißkraft. Das erfolgt nämlich in zentraler Schweißachse. Die torsionale Bewegung bringt kaum Kraft in die Bereiche unter den Kontakten und ist somit sehr schonend. Außerdem biegen sich die Werkzeuge nicht auf.

e-mobility braucht sichere Batterieschweißung

Und auch in der Batteriefertigung für e-mobility Fahrzeuge spielt das Telsonic-Verfahren seine Stärken aus. So werden für IGBTs die Kontaktierungen mit Torsion geschweißt. Auch hier kommen die Sonotroden mit kurzen Positionierwegen von oben. Wegen der Störkonturen der in die Höhe ragenden EMV-Bleche können viele Kontakte der Powermodule gar nicht anders verschweißt werden. Dabei können zwei Fertigungsverfahren angewandt werden: Entweder verfährt der IGBT oder es verfährt die Sonotrode. Darüber hinaus ist das torsionale Verfahren extrem schonend für die unteren Fügepartner. So wirken nur geringe Kräfte auf die empfindliche Keramikplatte unter dem Kupfer ein.

Leichtes Aluminium sicher kontaktieren

Ein weiteres eindrucksvolles Beispiel ist die sichere stoffschlüssige Schweißverbindung zwischen den unterschiedlichen Materialien vernickeltes Kupfer und Aluminium. Ein Aluminiumkabel mit bis zu 200 mm2 Querschnitt wird sicher in einem dickwandigen Rohrkabelschuh aus vernickeltem Kupfer verschweißt. Was mit herkömmlichen Verfahren schwer zu lösen war, gelingt zuverlässig mit der PowerWheel®-Technologie von Telsonic. Durch hohen Energieeintrag in kurzer Zeit verbindet das torsionale Ultraschallschweißverfahren die Aluminiumleitung mit dem Kupferkontakt. Mit dem PowerWheel®-Verfahren können bis zu 8000 N Schweißdruck und bis zu 10 kW Leistung in sehr kurzer Zeit durch die dicke Wandstärke des Rohrkabelschuhs in die Verbindungszone eingeleitet werden und eine feste Verbindung erzeugen.

Beste Ergebnisse erzielt das torsionale Verfahren logischerweise bei zylindrischen Schweißungen. Für runde Bolzen, Ringe oder Schrauben können Sonotroden verwendet werden, die in der Mitte ein Loch haben. Das geht mit keinem anderen Verfahren. So löst ein Automobilzulieferer das Verschweißen eines in eine Kupfer-Nickel-Hülse eingepressten Stahlbolzens mit dem vorderen Ende eines Alu-Busbar als Kontakt zum Anlasser. Dabei geht die Schweißung ohne Unterbrechung 360 Grad um den Bolzen herum. In eine vollautomatische Anlage integriert, können so die geforderten kurzen Taktzeiten und hohen Stückzahlen realisiert werden.

Dünne Folien ohne Beschädigung schweißen

Für Lithium-Ionen-Batterien werden mit dem Torsionsschweißen von Telsonic sehr dünne Folien zu Folienpaketen verschweißt, ohne dass die empfindliche oberste Folie beschädigt wird. Dabei werden die einzelnen, 10-20 µm dünnen Folien aus Aluminium oder Kupfer mit hoher Festigkeit im Paket sicher durchkontaktiert.