DE102019102233A1 - Method and device for producing a composite component and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Laserschweißen, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteilverbunds mit dem Verfahren sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mittels Laserschweißen emittiert eine Lasereinheit (30) Laserstrahlung (31). Wenigstens ein Element der Lasereinheit (30) wird bewegt, sodass Laserstrahlung (31) an unterschiedlichen Auftrittspunkten (35) auf eine erste Oberfläche (21) wenigstens eines von wenigstens zwei schweißtechnisch zu verbindenden Bauteilen (23, 24, 25) auftrifft. An den Auftrittspunkten (35) schmilzt das Bauteil (23) zwecks Verbindung der Bauteile (23, 24, 25) zumindest bereichsweise. In einem ersten räumlichen Bereich (13) um einen jeweiligen Auftrittspunkt (35) wird ein Unterdruck erzeugt, wobei der erste räumliche Bereich (13) bereichsweise durch die erste Oberfläche (21) begrenzt wird.The invention relates to a method for producing a component assembly by means of laser welding, a device for producing a component assembly using the method, and to a motor vehicle, in particular a passenger car ). At least one element of the laser unit (30) is moved so that laser radiation (31) strikes at different points of occurrence (35) on a first surface (21) of at least one of at least two components (23, 24, 25) to be connected by welding. At the points of occurrence (35), the component (23) melts, at least in regions, for the purpose of connecting the components (23, 24, 25). A negative pressure is generated in a first spatial area (13) around a respective point of occurrence (35), the first spatial area (13) being delimited in some areas by the first surface (21).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Laserschweißen, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteilverbunds mit dem Verfahren sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.The invention relates to a method for producing a component assembly by means of laser welding, a device for producing a component assembly using the method, and a motor vehicle, in particular a passenger car.

Beim Laserstrahlschweißen werden miteinander schweißtechnisch zu verbindende Bauteile mittels Laserstrahlung erhitzt, sodass das Material der Bauteile zumindest bereichsweise schmilzt und eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen unter anderem in der guten Zugänglichkeit, der einfachen und in Abhängigkeit vom Material der zu verbindenden Bauteile effizienten Wärmeeintragung und der nur geringen mechanischen Belastung der zu fügenden Bauteile. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft bei der Verbindung von Bauteilen aus Kupfer, Bauteilen aus Aluminium oder Kupfer-AluminiumVerbindungen im Bereich der Sekundärzellen bzw. Sekundärbatterien, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, da die hierbei zu verbindenden elektrischen Kontakte von Batteriezellen lediglich Dicken im einstelligen bis niedrigen zweistelligen Mikrometerbereich aufweisen.In laser beam welding, components to be joined together by welding are heated by means of laser radiation, so that the material of the components melts at least in some areas and a cohesive connection is produced. The advantages of this method include the good accessibility, the simple and efficient heat input depending on the material of the components to be connected and the low mechanical load on the components to be joined. The latter is particularly advantageous when connecting components made of copper, components made of aluminum or copper-aluminum connections in the area of the secondary cells or secondary batteries, for example lithium-ion batteries, since the electrical contacts of battery cells to be connected here only have thicknesses in the single-digit to low double-digit range Have micrometer range.

Nachteile liegen in der hohen Wärmeleitfähigkeit der Materialien Kupfer und Aluminium sowie in der schlechten Absorption der Laserstrahlung durch diese Materialien im häufig genutzten Infrarot-Wellenlängenbereich um 1000 nm, die zu einem ineffizienten Wärmeeintrag führen und die Herstellung von reproduzierbaren und fehlerfreien Schweißverbindungen erschweren. Darüber hinaus ist die Absorption der Laserstrahlung durch flüssiges Kupfer deutlich höher als durch festes Kupfer, sodass beim Schmelzen eine schlagartige Überhitzung auftritt. In der Folge verdampft das Material teilweise und es kommt zu erhöhter Spritzerbildung bzw. zu einer unregelmäßigen Schweißnaht. Im Bereich der Batteriezellen stellt dies nicht nur einen Qualitätsmangel sondern auch ggf. ein Ausfall- bzw. Sicherheitsrisiko dar.Disadvantages lie in the high thermal conductivity of the materials copper and aluminum and in the poor absorption of laser radiation by these materials in the frequently used infrared wavelength range around 1000 nm, which lead to inefficient heat input and make the production of reproducible and error-free welded joints difficult. In addition, the absorption of laser radiation by liquid copper is significantly higher than by solid copper, so that there is a sudden overheating during melting. As a result, the material partially evaporates and there is increased spattering or an irregular weld seam. In the area of battery cells, this represents not only a lack of quality but also a failure or security risk.

Zur Steigerung der Absorption der Laserstrahlung ist es möglich, zu schweißende Bauteile mit einer die Absorption steigernden Beschichtung zu versehen, beispielsweise einer Pulverbeschichtung. Allerdings kann Material dieser Beschichtung zu einer Kontamination des Schweißbereichs, der zu fügenden Bauteile bzw. von weiteren Bauteilen führen. Diese sind bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen bzw. -Batterien zu vermeiden.To increase the absorption of the laser radiation, it is possible to provide components to be welded with a coating that increases absorption, for example a powder coating. However, material of this coating can lead to contamination of the welding area, the components to be joined or other components. These are to be avoided when manufacturing lithium-ion cells or batteries.

Es ist darüber hinaus bekannt, das Laserstrahlschweißen unter Vakuum durchzuführen, um eine Absenkung der Schmelztemperatur einerseits und eine Verbesserung bzw. Stabilisierung des Schweißvorgangs andererseits zu erreichen. Dabei ist nachteilig, dass der apparative und energetische Aufwand zur Erzeugung eines Unterdrucks hoch ist, sodass diese Verfahren aufwendig und teuer sind.It is also known to carry out laser beam welding under vacuum in order to reduce the melting temperature on the one hand and to improve or stabilize the welding process on the other. The disadvantage here is that the equipment and energy expenditure for generating a negative pressure is high, so that these processes are complex and expensive.

Die DE 10 2015 109 013 A1 beschreibt eine transportable Koppelvorrichtung zum Laserbearbeiten. Diese umfasst eine Kammer mit einer Ein- und einer Austrittsöffnung für einen Laserstrahl, eine in Bezug zum Laserstrahl axial angeordnete Absaugöffnung, eine Mündung einer Lavaldüse zum Einströmen eines Gases in die Kammer und eine Mündung zu einem Diffusor zum Ausströmen des Gases aus der Kammer. Die Koppelvorrichtung umfasst weiterhin einen Anschluss für eine Saugpumpe, der in Fließverbindung mit der Absaugöffnung steht. Der Laser und die Koppelvorrichtung sind insbesondere starr miteinander verbunden. Dies kann mittels eines Arms eines Industrieroboters realisiert sein. Laser und Koppelvorrichtung können gemeinsam entlang der herzustellenden Schweißnaht bewegt werden.The DE 10 2015 109 013 A1 describes a portable coupling device for laser processing. This comprises a chamber with an inlet and an outlet opening for a laser beam, a suction opening arranged axially with respect to the laser beam, an opening of a Laval nozzle for inflowing a gas into the chamber and an opening to a diffuser for outflowing the gas from the chamber. The coupling device further comprises a connection for a suction pump, which is in flow connection with the suction opening. The laser and the coupling device are in particular rigidly connected to one another. This can be achieved using an arm of an industrial robot. Laser and coupling device can be moved together along the weld seam to be produced.

Die DE 10 2015 206 237 A1 offenbart ein Verfahren zum Vakuum-Laserschweißen eines wenigstens zweiteiligen Werkstücks, bei dem das Werkstück und eine Schweißbrille aufeinander zu bewegt und aneinander gedrückt werden, sodass eine Schweißkammer abgedichtet wird. Die Schweißkammer wird evakuiert und ein dem Vakuum ausgesetzter ringförmiger Verbindungsbereich zwischen zwei Werkstückteilen wird mittels Laserstrahlung geschweißt. Dabei werden das Werkstück und die Schweißbrille relativ zur Schweißbrillenaufnahme gedreht, sodass eine ortsfest zur Schweißbrillenaufnahme angeordneter Laserquelle den ringförmigen Verbindungsbereich schweißt.The DE 10 2015 206 237 A1 discloses a method for vacuum laser welding of an at least two-part workpiece, in which the workpiece and welding goggles are moved towards one another and pressed against one another, so that a welding chamber is sealed. The welding chamber is evacuated and an annular connection area between two workpiece parts exposed to vacuum is welded by means of laser radiation. In this case, the workpiece and the welding goggles are rotated relative to the welding goggle holder, so that a laser source arranged fixed to the welding goggle holder welds the annular connection area.

Die DE 10 2014 210 838 A1 beschreibt eine Einkoppeloptik für einen Laserschweißkopf zum Bearbeiten eines Werkstücks in einer Vakuumkammer. Diese umfasst ein Strahlführungsrohr mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren eines Laserstrahls auf eine Werkstückoberfläche. Eine Werkstückaufnahme ist um eine vertikale Achse drehbar angeordnet, um kreisringförmige Schweißungen zu realisieren. In der Nähe der Schweißposition bzw. einer Austrittsöffnung eines einzubringenden Spülgases angeordnete Absaugeinrichtungen dienen der Herstellung eines Spülgasstroms bzw. der Evakuierung der Vakuumkammer. Ein auswechselbares, mittels Dichtungen gasdicht an die Vakuumkammer angebundenes Schutzglas gewährleistet den Schutz der optischen Einrichtungen bzw. die Fokussierlinse.The DE 10 2014 210 838 A1 describes a coupling optics for a laser welding head for machining a workpiece in a vacuum chamber. This comprises a beam guide tube with a focusing lens for focusing a laser beam on a workpiece surface. A workpiece holder is rotatably arranged around a vertical axis in order to realize circular welds. Suction devices arranged in the vicinity of the welding position or an outlet opening of a purge gas to be introduced serve to produce a purge gas flow or to evacuate the vacuum chamber. An interchangeable protective glass, which is connected to the vacuum chamber in a gas-tight manner by means of seals, ensures the protection of the optical devices and the focusing lens.

Die US 4 078 167 offenbart eine Schweißvorrichtung mit einer Einrichtung zur Ausgabe eines nicht-reaktiven Gases, um atmosphärische Gase von einer Schweißzone fernzuhalten und auf diese Weise eine Kontamination der Schweißnaht zu verhindern. Mit dieser Lösung wird erreicht, dass kein Vakuum aufgebracht werden muss und somit die mit einem Vakuum verbundenen Nachteile entfallen.The US 4,078,167 discloses a welding device with means for dispensing a non-reactive gas to keep atmospheric gases away from a welding zone and thereby prevent contamination of the weld. With this solution it is achieved that no vacuum must be applied and thus the disadvantages associated with a vacuum are eliminated.

Die EP 0 102 251 A2 betrifft ein Laserbearbeitungsgerät. Dieses umfasst eine Laserquelle, einen Strahlungsrichter für ausgegebene Laserstrahlung, zwei Arbeitsstationen zum durchkreuzen jeweiliger Laserstrahlen, jeweilige optische Einrichtungen zum Fokussieren der Laserstrahlung in den Bereichen der Arbeitsstationen sowie zwei computergestützte Steuerungseinrichtungen zur Steuerung der Laserbearbeitung zweier Werkstücke. Das Werkstück wird in Bezug zur Laserquelle bewegt. Die EP 0 102 836 beschreibt eine ähnliche Einrichtung, die eine Dichtvorrichtung in Form einer flachen Platte aufweist. Die Bearbeitungskammer ist mitsamt dem zu bearbeitenden Werkstück in Bezug zum Laserstrahl verschieblich angeordnet. Eine weitere ähnliche Einrichtung ist aus EP 0 102 835 bekannt, die eine mittels eines Inertgases durchströmbare, gasdichte Schweißkammer aufweist. Diese umfasst einen Diffusor zur Erzeugung eines laminaren Gasstroms.The EP 0 102 251 A2 relates to a laser processing device. This includes a laser source, a radiation judge for laser radiation output, two workstations to cross out the respective laser beams, respective optical devices for focusing the laser radiation in the areas of the workstations, and two computer-aided control devices for controlling the laser processing of two workpieces. The workpiece is moved in relation to the laser source. The EP 0 102 836 describes a similar device having a sealing device in the form of a flat plate. The processing chamber, together with the workpiece to be processed, is arranged so as to be displaceable in relation to the laser beam. Another similar facility is out EP 0 102 835 is known which has a gas-tight welding chamber through which an inert gas can flow. This includes a diffuser for generating a laminar gas flow.

Die US 4 162 390 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laserschweißen in einer steuerbaren Gasatmosphäre bei Unterdruck sowie bei Überdruck. Ein Behälter zur Einstellung einer Gasatmosphäre weist eine optisch durchlässige Einrichtung für die Einstrahlung von Laserstrahlung in den Behälter auf. Ein Gasstrom wird mittels eines Einlasses in den Behälter eingeführt, um zu verhindern, dass ionisierende Partikel auf die optisch durchlässige Einrichtung gelangen. Der Gasstrom dient weiterhin zum Kühlen der optisch durchlässigen Einrichtung. Eine Ausströmöffnung dient zum Ablassen des Gases. Das zu schweißende Werkstück liegt auf einer Auflageplatte auf.The US 4 162 390 discloses an apparatus and a method for laser welding in a controllable gas atmosphere under negative pressure and under positive pressure. A container for setting a gas atmosphere has an optically transparent device for the irradiation of laser radiation into the container. A gas stream is introduced into the container through an inlet to prevent ionizing particles from reaching the optically transmissive device. The gas flow also serves to cool the optically transparent device. An outflow opening serves to discharge the gas. The workpiece to be welded rests on a support plate.

Die US 8 053 701 B2 beschreibt eine Vorrichtung, umfassend eine Basis mit zwei Enden und einem geschlossenen Kanalsystem sowie einer Wand, die sich von einer Seite der Basis erstreckt, um das Kanalsystem teilweise abzuschließen. Die Wand weist eine Öffnung auf, und ist durch ihre Form in der Lage, ein durch das Kanalsystem eingeleitetes Gas an einer Schweißstelle zurückzuhalten. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine separate Dichtung, die schwenkbar an der Wand befestigt ist, und das Kanalsystem umfasst Löcher in der Basis, die zur Aufnahme eines Laserstrahls und eines Inertgases eingerichtet sind. Eine Bearbeitung unter einem Unterdruck ist nicht beschrieben.The US 8 053 701 B2 describes an apparatus comprising a base with two ends and a closed channel system and a wall which extends from one side of the base to partially close off the channel system. The wall has an opening and, due to its shape, is able to retain a gas introduced through the duct system at a welding point. The device further includes a separate seal pivotally attached to the wall and the channel system includes holes in the base that are adapted to receive a laser beam and an inert gas. Processing under a vacuum is not described.

Die US 4 518 843 offenbart eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks. Dieses umfasst eine zwecks Reinigung zur Entfernung von Rückständen des Laserbearbeitungsprozesses lösbar befestigte Laserlinse. Die Befestigung umfasst eine zylindrische Basis, welche einen Pfad für den Laserstrahl definiert, der von der Laserquelle auf das Werkstück gerichtet ist. Ein Befestigungsmittel mit einem Sperrmittel befestigt die Laserlinse an der Basis. Eine Bearbeitung unter einem Unterdruck ist auch hier nicht beschrieben.The US 4,518,843 discloses an apparatus for laser machining a workpiece. This includes a laser lens detachably attached for cleaning to remove residues from the laser processing process. The fixture includes a cylindrical base that defines a path for the laser beam that is directed from the laser source to the workpiece. A fastener with a locking means attaches the laser lens to the base. Processing under a vacuum is also not described here.

Die US 5 736 710 beschreibt ein Herstellungsverfahren für einen piezoelektrischen Resonator, bei dem ein Flansch eines dichten Behälters durch Laserschweißen geschweißt wird. Dazu wird ein Laserkopf außerhalb des Behälters angeordnet. Der piezoelektrische Resonator wird in Bezug zum Laserkopf einerseits rotiert und andererseits linear bewegt.The US 5 736 710 describes a manufacturing method for a piezoelectric resonator, in which a flange of a sealed container is welded by laser welding. For this purpose, a laser head is placed outside the container. The piezoelectric resonator is rotated in relation to the laser head on the one hand and moved linearly on the other hand.

Es ist ersichtlich, dass die bekannten Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen unter Unterdruck ein aufwändiges und teures Bewegen der schweißtechnisch zu verbindenden Bauteile innerhalb der Unterdruckatmosphäre erfordern. Insbesondere bei der Verbindung elektrischer Kontakte von Batteriezellen führt eine derartige Bewegung aufgrund der kleinen und leichten Bauteile zu einer Verschlechterung der Lagetoleranzwerte.It can be seen that the known methods for producing welded connections under negative pressure require complex and expensive movement of the components to be connected by welding within the negative pressure atmosphere. In particular when connecting electrical contacts of battery cells, such a movement leads to a deterioration in the position tolerance values due to the small and light components.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen unter Behebung der oben genannten Nachteile die Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Laserschweißen auf einfache und kostengünstige Weise möglich ist.It is the object of the invention to provide a method and a device with which, while eliminating the disadvantages mentioned above, the manufacture of a component assembly by means of laser welding is possible in a simple and inexpensive manner.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 7. Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2-6 angegeben, Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 8 und 9 angegeben. Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.The object is achieved by the method according to claim 1 and the device according to claim 7. Embodiments of the method are specified in subclaims 2-6, configurations of the device are specified in subclaims 8 and 9. Furthermore, a motor vehicle according to claim 10 is made available.

Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Laserschweißen, bei dem eine Lasereinheit Laserstrahlung emittiert. Wenigstens ein Element der Lasereinheit wird bewegt, sodass Laserstrahlung an unterschiedlichen Auftrittspunkten auf eine erste Oberfläche wenigstens eines von wenigstens zwei schweißtechnisch zu verbindenden Bauteilen auftrifft. Das Bauteil schmilzt an den Auftrittspunkten zwecks Verbindung der Bauteile zumindest bereichsweise. In einem ersten räumlichen Bereich um einen jeweiligen Auftrittspunkt wird ein Unterdruck erzeugt. Der erste räumliche Bereich wird bereichsweise durch die erste Oberfläche begrenzt.A first aspect of the invention is a method for producing a component assembly by means of laser welding, in which a laser unit emits laser radiation. At least one element of the laser unit is moved so that laser radiation strikes a first surface of at least one of at least two components to be connected by welding at different points of occurrence. The component melts at the points of occurrence for the purpose of connecting the components at least in regions. A negative pressure is generated in a first spatial area around a respective point of occurrence. The first spatial area is limited in areas by the first surface.

Der Unterdruck ist ein Systemdruck, der geringer als der umliegende Atmosphärendruck außerhalb der Vorrichtung ist.The negative pressure is a system pressure that is less than the surrounding atmospheric pressure outside the device.

Die Lasereinheit ist eine Einrichtung zur Ausgabe von Laserstrahlung, die zumindest eine Laserstrahlquelle aufweist. Diese kann beweglich angeordnet sein und somit dem beweglichen Element entsprechen. Ebenso kann die Lasereinheit als bewegliches Element wenigstens ein optisches Element zur Beeinflussung der Laserstrahlung wie beispielsweise einen Spiegel oder eine Linse aufweisen, mittels welchem Laserstrahlung aus einer gegebenenfalls ortsfesten Laserstrahlquelle auf unterschiedliche Auftrittspunkt richtbar ist. Beispielsweise emittiert die Lasereinheit hinsichtlich der Position der Lichtquelle und/oder der Ausrichtung des Strahlengangs bewegte Laserstrahlung.The laser unit is a device for outputting laser radiation, which has at least one Has laser beam source. This can be arranged to be movable and thus correspond to the movable element. Likewise, the laser unit can have as a movable element at least one optical element for influencing the laser radiation, such as a mirror or a lens, by means of which laser radiation from an optionally stationary laser beam source can be directed to different points of occurrence. For example, the laser unit emits moving laser radiation with respect to the position of the light source and / or the alignment of the beam path.

Mittels der Laserstrahlung wird das an den jeweiligen Auftrittspunkten befindliche Material des jeweiligen Bauteils erhitzt und zumindest bereichsweise geschmolzen. Insbesondere trifft dazu der Fokuspunkt des Laserstrahls an unterschiedlichen Positionen der ersten Oberfläche auf das Bauteil auf. Die Energie des Laserstrahls wird zumindest anteilig genutzt, um das Bauteil bereichsweise aufzuschmelzen.The material of the respective component located at the respective points of occurrence is heated and at least partially melted by means of the laser radiation. In particular, the focal point of the laser beam strikes the component at different positions on the first surface. The energy of the laser beam is used at least in part to melt the component in some areas.

Zumindest ein Bereich eines weiteren Bauteils, welches mit dem unmittelbar mittels Laserstrahlung erhitzten Bauteil verbunden wird, schmilzt zwecks Herstellung der Schweißverbindung ebenfalls. Dies kann mittels Laserstrahlung, Wärmeleitung oder auf anderem Wege realisiert werden.At least one area of a further component, which is connected to the component heated directly by means of laser radiation, also melts for the purpose of producing the welded connection. This can be achieved by means of laser radiation, heat conduction or in another way.

Der erste räumliche Bereich wird bereichsweise durch die erste Oberfläche begrenzt. Mit anderen Worten dient wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile als Begrenzung einer Unterdruckkammer. Zu diesem Zweck wird eine den ersten räumlichen Bereich bereichsweise begrenzende erste Wandung im Wesentlichen luftdicht an die erste Oberfläche angelegt, sodass die erste Wandung und die erste Oberfläche gemeinsam den ersten räumlichen Bereich begrenzen. Insbesondere bildet die erste Wandung dabei einen Hohlkörper aus, der an eine ebene erste Oberfläche angelegt wird bzw. anlegbar ist.The first spatial area is limited in areas by the first surface. In other words, at least one of the components to be connected serves to delimit a vacuum chamber. For this purpose, a first wall delimiting the first spatial area in regions is applied essentially airtight to the first surface, so that the first wall and the first surface jointly delimit the first spatial area. In particular, the first wall forms a hollow body which is applied or can be applied to a flat first surface.

Die Bewegung des Elements der Lasereinheit und die Emission der Laserstrahlung können zumindest zeitabschnittsweise zeitgleich erfolgen, beispielsweise zur Herstellung einer Schweißnaht. Sie können auch in zeitlicher Abfolge nacheinander erfolgen, beispielsweise zur Herstellung an unterschiedlichen Positionen der ersten Oberfläche befindliche Schweißpunkte.The movement of the element of the laser unit and the emission of the laser radiation can take place at the same time at least in sections, for example for producing a weld seam. They can also be carried out one after the other in chronological order, for example for welding spots located at different positions on the first surface.

Insbesondere umgibt der erste räumliche Bereich alle Auftrittspunkte. Mit anderen Worten wird ein evakuiertes Volumen bereitgestellt, welches bereichsweise durch die erste Oberfläche begrenzt wird und innerhalb dessen alle Auftrittspunkte angeordnet sind, sodass das jeweilige Auftreffen der Laserstrahlung auf die Bauteiloberfläche unter Unterdruck realisiert wird.In particular, the first spatial area surrounds all points of appearance. In other words, an evacuated volume is provided, which is delimited in some areas by the first surface and within which all points of occurrence are arranged, so that the respective impact of the laser radiation on the component surface is realized under negative pressure.

Es ist ersichtlich, dass der Fokus der Laserstrahlung in Bezug zur Lasereinheit immer derselbe ist, sodass keinerlei optische Elemente wie beispielsweise Linsen benötigt werden, um die Laserstrahlung auf die Bauteiloberfläche zu fokussieren. Dies erlaubt eine besonders einfache, kostengünstige und effiziente Schweißung. Darüber hinaus sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders reproduzierbare Schweißungen realisierbar, da durch den gleichbleibenden Arbeitsabstand keinerlei eventuell fehlerbehaftete Anpassungen der Lasereinheit notwendig sind. Durch die teilweise Begrenzung des ersten räumlichen Bereichs mittels der ersten Oberfläche wird ein besonders einfaches Verfahren bereitgestellt, bei dem eine für die Durchführung des Verfahrens benötigte Vorrichtung an einer gewünschten Position auf der ersten Oberfläche aufgesetzt und mittels des Unterdrucks festgesaugt werden kann. Darüber hinaus wird durch die teilweise Begrenzung des ersten räumlichen Bereichs durch die erste Oberfläche die Größe des zu evakuierenden Volumens im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wesentlich reduziert, was zu kürzeren Evakuierungszeiten und damit zu einem schnelleren und effizienteren Verfahren führt.It can be seen that the focus of the laser radiation in relation to the laser unit is always the same, so that no optical elements such as lenses are required in order to focus the laser radiation on the component surface. This allows a particularly simple, inexpensive and efficient welding. In addition, particularly reproducible welds can be realized with the method according to the invention, since the constant working distance means that no possibly faulty adjustments to the laser unit are necessary. The partial delimitation of the first spatial area by means of the first surface provides a particularly simple method in which a device required for carrying out the method can be placed on a desired position on the first surface and sucked in by means of the negative pressure. In addition, the partial delimitation of the first spatial area by the first surface significantly reduces the size of the volume to be evacuated compared to conventional methods, which leads to shorter evacuation times and thus to a faster and more efficient method.

Durch die Beweglichkeit der Laserstrahlung kann mittels der wie beschrieben angeordneten Vorrichtung eine Vielzahl an Schweißungen realisiert werden, ohne dass es einer Bewegung mit einer erneuten Positionierung bzw. Fixierung der Vorrichtung in Bezug zur ersten Oberfläche bedarf. Der Unterdruck gewährleistet eine Fixierung der Vorrichtung und somit auch der Lasereinheit in Bezug zu den zu schweißenden Bauteilen. Darüber hinaus können beim Schweißen erzeugte Tropfen bzw. Partikel, die gegebenenfalls das Ergebnis der Schweißung beeinträchtigen könnten, mittels des Unterdrucks von den Auftrittspunkten entfernt werden.Due to the mobility of the laser radiation, a large number of welds can be realized by means of the device arranged as described, without the need for movement with a new positioning or fixing of the device in relation to the first surface. The negative pressure ensures that the device and thus also the laser unit are fixed in relation to the components to be welded. In addition, drops or particles generated during welding, which could possibly impair the result of the weld, can be removed from the points of occurrence by means of the negative pressure.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die nicht zu schweißenden Bereiche vor Verschmutzungen, beispielsweise durch Ablagerungen von Schweißdämpfen und/oder Schweißspritzern, geschützt sind. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen bedeutsam, da dadurch das Aktivmaterial der Zelle sowie der Separator und Siegelfläche z.B. der Pouchfolie vor Verschmutzungen geschützt sind.Another advantage of the method according to the invention is that the areas that are not to be welded are protected against contamination, for example by deposits of welding fumes and / or welding spatter. This is particularly important in the production of lithium-ion cells, since this enables the active material of the cell as well as the separator and sealing surface e.g. the pouch film is protected from dirt.

Das Verfahren dient der Herstellung einer schweißtechnischen bzw. stoffschlüssigen Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen. In einer Ausgestaltung des Verfahrens, unter anderem für das Fügen von Batterieableitern, umfasst das Material wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile Kupfer und/oder Aluminium. Insbesondere ist das Material eines der zu verbindenden Bauteile eine Kupferlegierung und/oder das Material des anderen Bauteils ist eine Aluminiumlegierung.The method is used to produce a welding or material connection between at least two components. In one embodiment of the method, including for joining battery arresters, the material comprises at least one of the components to be connected, copper and / or aluminum. In particular is the material of one of the components to be connected is a copper alloy and / or the material of the other component is an aluminum alloy.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist an einer den ersten räumlichen Bereich bereichsweise begrenzenden ersten Wandung eine Absaugöffnung zur Absaugung enthaltenen Gases bzw. Gasgemischs angeordnet, wobei die Absaugöffnung insbesondere in strömungstechnischer Verbindung mit einer Absaugeinrichtung, beispielsweise einer Vakuumpumpe, steht. Entsprechend kann ein derartiger Unterdruck eingestellt sein, dass in dem ersten räumlichen Bereich an den Auftrittspunkten ein Vakuum bzw. eine Atmosphäre mit reduziertem Druckniveau vorliegt.In one embodiment of the method, a suction opening for suctioning off the gas or gas mixture contained is arranged on a first wall delimiting the first spatial area, the suction opening being in particular in fluidic connection with a suction device, for example a vacuum pump. Correspondingly, a negative pressure can be set such that a vacuum or an atmosphere with a reduced pressure level is present at the points of occurrence in the first spatial region.

In einer Ausgestaltung sind die Bauteile in Bezug zu einem Gestell, an dem die Lasereinheit angeordnet ist, fixiert bzw. fest angeordnet.In one embodiment, the components are fixed or fixed in relation to a frame on which the laser unit is arranged.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens übt ein erster Niederhalter eine erste Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche aus. Die Anlagefläche der ersten Wandung kann dabei als erster Niederhalter ausgestaltet sein oder der Niederhalter kann ein von der ersten Wandung separater Gegenstand sein, der mit der ersten Wandung luftdicht verbunden ist. Der erste räumliche Bereich wird bereichsweise vom ersten Niederhalter begrenzt und/oder eine den ersten räumlichen Bereich bereichsweise begrenzende erste Wandung ist luftdicht mit dem ersten Niederhalter verbunden. Im Falle eines separaten ersten Niederhalters ist an diesem insbesondere ein Dichtelement zur Abdichtung gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet.In one embodiment of the method, a first hold-down device exerts a first hold-down force on the first surface. The contact surface of the first wall can be designed as a first hold-down device or the hold-down device can be an object separate from the first wall, which is connected airtight to the first wall. The first spatial area is delimited in some areas by the first hold-down device and / or a first wall delimiting the first spatial area in areas is air-tightly connected to the first hold-down device. In the case of a separate first hold-down device, in particular a sealing element for sealing against the first surface is arranged.

Der Niederhalter berührt die erste Oberfläche zwecks Ausübung der Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche. Im Falle eines separaten Niederhalters kann die Wandung eine Kraft auf den Niederhalter ausüben, sodass dieser die Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche ausübt. Der Niederhalter kann auch anderweitig mit Kraft beaufschlagt werden. Im anderen Fall kann die Wandung zur Ausübung der Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche gedrückt werden.The hold-down device contacts the first surface in order to exert the hold-down force on the first surface. In the case of a separate hold-down device, the wall can exert a force on the hold-down device, so that the hold-down force exerts on the first surface. The hold-down device can also be acted upon in some other way. In the other case, the wall can be pressed onto the first surface to exert the hold-down force.

Insbesondere sind die zu schweißenden Bauteile während der Absorption der Laserstrahlung fixiert. Typischerweise dient der erste Niederhalter der Fixierung der zu verbindenden Bauteile, insbesondere der flächigen Fixierung der Bauteile aneinander. Es ist ersichtlich, dass die Ausübung der Niederhaltekraft den Vorteil eines gleichmäßigen und reproduzierbaren Schweißprozesses mit sich bringt. Dies ist insbesondere beim schweißtechnischen Verbinden sehr dünner Bauteile der Fall, bei dem sich erwiesen hat, dass eine flächige Fixierung der Bauteile aneinander unabdingbar für ein den Anforderungen entsprechendes Schweißergebnis ist.In particular, the components to be welded are fixed during the absorption of the laser radiation. The first hold-down device typically serves to fix the components to be connected, in particular to fix the components to one another in a flat manner. It can be seen that the application of the hold-down force has the advantage of an even and reproducible welding process. This is particularly the case when welding very thin components, in which it has been shown that a flat fixing of the components to one another is essential for a welding result that meets the requirements.

In einer Ausgestaltung werden Bauteile miteinander verbunden, die eine jeweilige Dicke von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 100 µm, typischerweise zwischen 5 µm und 25 µm und beispielsweise zwischen 8 µm und 12 µm aufweisen. In einer Ausgestaltung werden elektrische Kontakte einer Batteriezelle, insbesondere Ableiter, miteinander oder mit einer Stromsammlerschiene verbunden. In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Bauteilstapel, umfassend wenigstens zwei elektrische Kontakte, wie z.B. Kollektorfolien-Fähnchen, einer Batteriezelle, mit einem Ableiter der Batteriezelle verbunden.In one embodiment, components are connected to one another that have a respective thickness of less than 1 mm, in particular less than 100 μm, typically between 5 μm and 25 μm and, for example, between 8 μm and 12 μm. In one embodiment, electrical contacts of a battery cell, in particular arresters, are connected to one another or to a current collector rail. In a further embodiment, a component stack comprising at least two electrical contacts, such as Collector foil flags, a battery cell, connected to an arrester of the battery cell.

Insbesondere wird Laserstrahlung emittiert, während die Niederhaltekraft ausgeübt wird. Mit anderen Worten ist der unter Unterdruck stehende erste räumliche Bereich ortsfest in Bezug zu dem Bauteil bzw. den Bauteilen, während der Laserstrahl auf unterschiedliche Auftrittspunkte gerichtet wird.In particular, laser radiation is emitted while the hold-down force is exerted. In other words, the first spatial region, which is under negative pressure, is stationary in relation to the component or components, while the laser beam is directed at different points of occurrence.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens weist eine erste Wandung zur bereichsweisen Begrenzung des ersten räumlichen Bereichs eine Durchgangsöffnung auf, durch welche die Laserstrahlung auf die Auftrittspunkte gerichtet wird. Alternativ oder ergänzend weist ein luftdicht mit der ersten Oberfläche verbundener erster Niederhalter zur Ausübung einer Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche eine Durchgangsöffnung auf. Die Fläche der Durchgangsöffnung ist maximal durch die Außenkontur der ersten Oberfläche begrenzt. In einer speziellen Ausführungsform ist die Fläche der Durchgangsöffnung höchstens 1,3 mal und insbesondere höchstens 1,15 mal so groß wie eine die Kontur der herzustellenden Schweißung begrenzende Fläche und/oder die Durchgangsöffnung ist hinsichtlich ihres Querschnitts komplementär zur Form der herzustellenden Schweißung ausgestaltet.In one embodiment of the method, a first wall for delimiting the first spatial area in areas has a through opening through which the laser radiation is directed onto the points of occurrence. As an alternative or in addition, a first hold-down device which is connected in an airtight manner to the first surface has a through opening for exerting a hold-down force on the first surface. The area of the through opening is limited at most by the outer contour of the first surface. In a special embodiment, the area of the through opening is at most 1.3 times and in particular at most 1.15 times as large as an area delimiting the contour of the weld to be produced and / or the cross section of the through opening is complementary to the shape of the weld to be produced.

Die Schweißung meint wenigstens einen Schweißpunkt, wenigstens eine Schweißnaht, die beispielsweise linear, punktförmig oder bogenförmig bzw. ringförmig sein kann, und/oder wenigstens eine Schweißfläche.The weld means at least one weld spot, at least one weld seam, which can be, for example, linear, punctiform or arcuate or ring-shaped, and / or at least one weld surface.

Die Flächen der jeweiligen Durchgangsöffnung und der Schweißung, der Querschnitt der jeweiligen Durchgangsöffnung und die Form der Schweißung werden in einer parallel zur Oberfläche gelegenen Ebene gemessen bzw. betrachtet. Die Laserstrahlung wird insbesondere an Positionen auf die Auftrittspunkte gerichtet, an denen der erste räumliche Bereich durch die erste Oberfläche begrenzt wird.The areas of the respective through opening and the weld, the cross section of the respective through opening and the shape of the weld are measured or viewed in a plane lying parallel to the surface. The laser radiation is directed in particular at positions at the points of occurrence at which the first spatial area is delimited by the first surface.

Die zu schweißende Fläche meint beispielsweise eine Fläche der ersten Oberfläche, die von den jeweils außen gelegenen Auftrittspunkten eingeschlossen ist. Dabei können innerhalb der zu schweißenden Fläche Bereiche angeordnet sein, in denen nicht geschweißt wird. Die Fläche der herzustellenden Schweißung kann auch die unmittelbare Fläche einer Schweißung, beispielsweise einer von mehreren Schweißungen, sein.The surface to be welded means, for example, a surface of the first surface which is enclosed by the outer appearance points. Areas can be arranged within the surface to be welded, in which is not welded. The area of the weld to be produced can also be the immediate area of a weld, for example one of several welds.

Das bedeutet, dass eine Fläche der Durchgangsöffnung in einer ersten Ausführungsform durch die Bauteilgeometrie bzw. durch deren Bearbeitungsflächen der zu verschweißenden Bauteile begrenzt ist. Entsprechend kann die Durchgangsöffnung bei einer über eine Punktform hinausgehenden Schweißung, also bei Ausführung einer Schweißnaht, so groß sein, dass sie eine nur unwesentlich größere Querschnittsfläche aufweist als die Fläche, die sich aus einer Interpolation der die Randpunkte der herzustellenden Schweißung umfassenden Kurve ergibt.This means that a surface of the through opening is limited in a first embodiment by the component geometry or by the processing surfaces of the components to be welded. Correspondingly, the passage opening in a weld that extends beyond a point shape, that is to say when a weld is carried out, can be so large that it has an only insignificantly larger cross-sectional area than the area that results from an interpolation of the curve comprising the edge points of the weld to be produced.

Mit anderen Worten ist in der ersten Wandung und/oder in einem von der ersten Wandung separaten ersten Niederhalter lediglich der Bereich ausgespart bzw. geöffnet, an dem geschweißt werden soll. Dieser Bereich der ersten Wandung bzw. der erste Niederhalter kann als Maskierungsplatte bezeichnet werden. Mittels dieser kann eine Niederhaltekraft realisiert werden, die auf einer größtmöglichen Fläche der ersten Oberfläche wirkt. Mit anderen Worten wird der nicht mit der Niederhaltekraft beaufschlagbare Bereich der ersten Oberfläche minimiert.In other words, in the first wall and / or in a first hold-down device that is separate from the first wall, only the area on which welding is to be carried out is left open. This area of the first wall or the first hold-down device can be referred to as a masking plate. A hold-down force can be realized by means of this, which acts on the largest possible area of the first surface. In other words, the area of the first surface that cannot be subjected to the hold-down force is minimized.

Dies bringt den Vorteil mit sich, dass insbesondere dünne Bauteile auf reproduzierbare und fehlerfreie Weise geschweißt werden können. Etwaig zwischen den zu verbindenden Bauteilen befindliche Luft wird durch die ausübbaren Kräfte verdrängt, sodass es beim Schweißen nicht zu einem Aufschäumen durch Freisetzung von Gasblasen kommen kann.This has the advantage that, in particular, thin components can be welded in a reproducible and error-free manner. Any air between the components to be connected is displaced by the forces that can be exerted, so that foaming due to the release of gas bubbles cannot occur during welding.

Die erste Wandung weist zu diesem Zweck typischerweise eine Anlagefläche zur Anlage an die erste Oberfläche oder an einen luftdicht mit der ersten Oberfläche verbindbaren ersten Niederhalter auf, wobei die Anlagefläche und die erste Oberfläche komplementär ausgeformt sind. Insbesondere ist die erste Oberfläche und dementsprechend auch die Anlagefläche im Wesentlichen eben. Sollten toleranzbedingte Unebenheiten auftreten, so ist eine Dichtfläche zum Ausgleich dieser Unebenheiten einzusetzen. Zwischen Schweißnähten kann beispielsweise ein Steg angeordnet sein, welcher einen Teil der Anlagefläche aufweist und in welchem die Niederhaltekraft ausgeübt wird.For this purpose, the first wall typically has a contact surface for contact with the first surface or with a first hold-down device that can be connected in an airtight manner to the first surface, the contact surface and the first surface being complementary. In particular, the first surface and, accordingly, the contact surface are essentially flat. If irregularities due to tolerances occur, a sealing surface must be used to compensate for these irregularities. For example, a web can be arranged between weld seams, which has a part of the contact surface and in which the hold-down force is exerted.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten räumlichen Bereich um einen Punkt einer zweiten Oberfläche wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile ein Unterdruck erzeugt wird. Der Punkt liegt einem jeweiligen Auftrittspunkt gegenüber und ist von diesem abgewandt. Die zweite Oberfläche liegt der ersten Oberfläche gegenüber und ist von dieser abgewandt. Der Punkt liegt in der zweiten Oberfläche. Der zweite räumliche Bereich wird bereichsweise durch die zweite Oberfläche begrenzt.An embodiment of the method is characterized in that a negative pressure is generated in a second spatial area around a point of a second surface of at least one of the components to be connected. The point lies opposite a respective performance point and faces away from it. The second surface lies opposite and faces away from the first surface. The point is on the second surface. The second spatial area is limited in areas by the second surface.

Alternativ oder ergänzend übt ein zweiter Niederhalter eine einer ersten Niederhaltekraft eines ersten Niederhalters auf die erste Oberfläche entgegengesetzt wirkende zweite Niederhaltekraft auf eine zweite Oberfläche wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile aus. Die zweite Oberfläche liegt der ersten Oberfläche gegenüber und ist von dieser abgewandt.As an alternative or in addition, a second hold-down device exerts a second hold-down force acting counter to a first hold-down force of a first hold-down device on the first surface on a second surface of at least one of the components to be connected. The second surface lies opposite and faces away from the first surface.

Dabei kann die Anlagefläche der zweiten Wandung als zweiter Niederhalter zur Ausübung der Niederhaltekraft auf die zweite Oberfläche eingerichtet sein. Alternativ umfasst die Vorrichtung einen von der zweiten Wandung separaten und mit dieser luftdicht verbindbaren zweiten Niederhalter zur Ausübung der zweiten Niederhaltekraft auf die zweite Oberfläche.The contact surface of the second wall can be set up as a second hold-down device for exerting the hold-down force on the second surface. Alternatively, the device comprises a second hold-down device, which is separate from the second wall and can be connected to the second device in an airtight manner, for exerting the second hold-down force on the second surface.

Mit anderen Worten wird an der der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der zu fügenden Bauteile ebenfalls ein Unterdruck erzeugt und/oder eine Niederhaltekraft ausgeübt. Mit anderen Worten wird eine zweiteilige Vorrichtung genutzt, um diese Ausgestaltung des Verfahrens auszuführen. Sämtliche beschriebene Merkmale des ersten Niederhalters können auch im zweiten Niederhalter realisiert sein. Insbesondere gilt dies für die Fläche und den Querschnitt der Durchgangsöffnung im zweiten Niederhalter.In other words, a negative pressure is also generated and / or a hold-down force is exerted on the second surface of the components to be joined opposite the first surface. In other words, a two-part device is used to carry out this embodiment of the method. All of the described features of the first hold-down device can also be implemented in the second hold-down device. This applies in particular to the area and the cross section of the through opening in the second hold-down device.

Insbesondere wird eine zweite Wandung zur Erzeugung des Unterdrucks an der zweiten Oberfläche positioniert, die sämtliche Merkmale der ersten Wandung aufweisen kann. Insbesondere umfasst diese eine zweite Ansaugöffnung zur Erzeugung des Unterdrucks. Auch kann die zweite Wandung eine Durchgangsöffnung aufweisen, für die die in Bezug zur ersten Wandung definierten Merkmale gelten.In particular, a second wall for generating the negative pressure is positioned on the second surface, which can have all the features of the first wall. In particular, this comprises a second suction opening for generating the negative pressure. The second wall can also have a through opening to which the features defined in relation to the first wall apply.

Auf diese Weise werden durch die zweite Niederhaltekraft die Bauteile auf vorteilhafte Weise fest aneinander bzw. in Bezug zueinander fixiert, sodass keine Abweichungen hinsichtlich der Position der herzustellenden Schweißverbindung auftreten.In this way, the components are advantageously firmly fixed to one another or in relation to one another by the second hold-down force, so that there are no deviations with regard to the position of the welded connection to be produced.

Beim Schweißen einer Vielzahl übereinanderliegender Bauteile ist das sogenannte Durchschweißen gewünscht, um sicherzustellen, dass sämtliche Bauteile stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Dies wird mittels des sogenannten Lasertiefschweißens realisiert, das auch als „Keyhole-Prozess“ bezeichnet wird. Dabei kann zumindest zeitweilig eine Durchgangsöffnung durch die zu verbindenden Bauteile bzw. den herzustellenden Bauteilverbund hergestellt werden bzw. auftreten, die üblicherweise unmittelbar im Anschluss durch die erzeugte Schmelze wieder geschlossen wird. In diesem Fall ist es vorteilhaft, auch im von der ersten Oberfläche abgewandten Bereich der zu verbindenden Bauteile einen Unterdruck anzulegen. Darüber hinaus ist es in diesem Fall auch möglich, dass an der der Lasereinheit abgewandten Seite der zu verbindenden Bauteile Tropfen oder Partikel des Schweißgutes und/oder aus anderem Material gelöst werden, die gegebenenfalls die Schweißung beeinträchtigen könnten und mittels des hergestellten Unterdrucks entfernt werden können, um das Schweißergebnis zu verbessern.When welding a large number of superimposed components, so-called through-welding is desired to ensure that all components are firmly bonded to one another. This is achieved by means of so-called laser deep welding, which is also referred to as the “keyhole process”. In this case, a through opening can be produced or occur at least temporarily through the components to be connected or the component composite to be produced, which is usually closed immediately afterwards by the melt produced. In this case, it is advantageous to apply a negative pressure also in the area of the components to be connected facing away from the first surface. In addition, in this case it is also possible for drops or particles of the weld metal and / or other material to be loosened on the side of the components to be connected facing away from the laser unit, which could possibly impair the weld and can be removed by means of the negative pressure produced, to improve the welding result.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung eine Wellenlänge zwischen 400 nm und 650 nm, insbesondere zwischen 500 nm und 550 nm, aufweist.A further embodiment of the method is characterized in that the laser radiation has a wavelength between 400 nm and 650 nm, in particular between 500 nm and 550 nm.

Mit anderen Worten wird blaue bzw. grüne Laserstrahlung verwendet. Insbesondere hat das blaue Laserlicht eine Wellenlänge zwischen 400 nm und 500 nm, beispielsweise zwischen 430 nm und 470 nm und in einem Beispiel ca. 450 nm. Insbesondere hat das grüne Laserlicht eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 560 nm, beispielsweise zwischen 515 nm und 540 nm und in einem Beispiel ca. 530 nm.In other words, blue or green laser radiation is used. In particular, the blue laser light has a wavelength between 400 nm and 500 nm, for example between 430 nm and 470 nm and in one example approximately 450 nm. In particular, the green laser light has a wavelength between 500 nm and 560 nm, for example between 515 nm and 540 nm and in one example approx. 530 nm.

Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Effizienz des Wärmeeintrags in das Material insbesondere im Falle von Kupfer wesentlich gesteigert ist, da die verwendete blaue oder grüne Laserstrahlung zu einer um den Faktor 3 bis 13 erhöhten Absorption führt.This has the advantage that the efficiency of the heat input into the material is significantly increased, especially in the case of copper, since the blue or green laser radiation used leads to an increase in absorption by a factor of 3 to 13.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass kombinierte Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge zwischen 450 nm und 600 nm, insbesondere zwischen 500 nm und 550 nm, und einer zweiten Wellenlänge zwischen 950 nm und 1150 nm, insbesondere zwischen 950 nm und 1100 nm, sequentiell oder gleichzeitig genutzt wird.A further embodiment of the method is characterized in that combined laser radiation with a first wavelength between 450 nm and 600 nm, in particular between 500 nm and 550 nm, and a second wavelength between 950 nm and 1150 nm, in particular between 950 nm and 1100 nm, is used sequentially or simultaneously.

Einerseits wird somit grünes Laserlicht verwendet. Dies kann insbesondere eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 560 nm, beispielsweise zwischen 520 nm und 540 nm, in einem Beispiel ca. 530 nm aufweisen. Das grüne Laserlicht wird kombiniert mit Infrarot-Laserlicht mit einer Wellenlänge, die typischerweise zwischen 1030 nm und 1070 nm liegt und beispielsweise ca. 1050 nm beträgt. Die Lasereinheit umfasst demnach wenigstens eine und insbesondere zwei Laserquellen, die gleichzeitig und/oder nacheinander Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen emittieren.On the one hand, green laser light is used. In particular, this can have a wavelength between 500 nm and 560 nm, for example between 520 nm and 540 nm, in one example approximately 530 nm. The green laser light is combined with infrared laser light with a wavelength that is typically between 1030 nm and 1070 nm and is, for example, approximately 1050 nm. The laser unit accordingly comprises at least one and in particular two laser sources which emit laser radiation of different wavelengths simultaneously and / or in succession.

Die Kombination der genannten Laserquellen hat sich als vorteilhaft erwiesen, da die vergleichsweise geringen Leistungen bisher verfügbarer blauer/grüner Laserstrahlquellen, die allerdings eine höhere Absorption der Strahlung ermöglichen, durch Kombination mit entsprechenden Infrarot-Laserstrahlquellen zumindest teilweise kompensiert werden.The combination of the mentioned laser sources has proven to be advantageous since the comparatively low powers of previously available blue / green laser beam sources, which, however, allow a higher absorption of the radiation, are at least partially compensated for by combination with corresponding infrared laser beam sources.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest in einem Abschnitt zwischen der Lasereinheit oder einem optisch durchlässigen Element zum Durchleiten der Laserstrahlung einerseits und wenigstens einem Auftrittspunkt auf der ersten Oberfläche andererseits ein Gasstrom realisiert. Dieser wird der Emissionsrichtung der Laserstrahlung im Wesentlichen gleichgerichtet strömend realisiert, sodass beim Auftreffen der Laserstrahlung freigesetzte Tropfen bzw. Partikel daran gehindert werden, entgegen der Strömungsrichtung des Gasstroms zur Lasereinheit bzw. zum optisch durchlässigen Element zu gelangen.In one embodiment of the method, a gas flow is realized at least in a section between the laser unit or an optically transparent element for passing the laser radiation on the one hand and at least one point of appearance on the first surface on the other hand. This is realized with the emission direction of the laser radiation flowing in essentially the same direction, so that when the laser radiation strikes, released drops or particles are prevented from reaching the laser unit or the optically transmissive element against the direction of flow of the gas stream.

Ein Gasstrom meint einen Volumenstrom aus einem gasförmigen Medium. Er kann beispielsweise wenigstens ein Gas und/oder wenigstens ein Gasgemisch umfassen. In einer Ausgestaltung kann ein Inertgas bzw. Schutzgas genutzt werden. Dabei handelt es sich um ein nicht reaktives Gas, welches insbesondere zur Kühlung und/oder zur Ableitung von Schmutzpartikeln bzw. -tropfen genutzt wird. Alternativ kann auch ein Reaktivgas genutzt werden, welches beispielsweise der Erhöhung der Temperatur dient.A gas flow means a volume flow from a gaseous medium. For example, it can comprise at least one gas and / or at least one gas mixture. In one embodiment, an inert gas or protective gas can be used. This is a non-reactive gas, which is used in particular for cooling and / or for removing dirt particles or drops. Alternatively, a reactive gas can also be used, which serves, for example, to increase the temperature.

Das optisch durchlässige Element kann zum Beispiel ein Fenster in einer den ersten räumlichen Bereich begrenzenden ersten Wandung sein, durch welches die Laserstrahlung in den ersten räumlichen Bereich eingekoppelt wird.The optically transmissive element can be, for example, a window in a first wall delimiting the first spatial area, through which the laser radiation is coupled into the first spatial area.

Beim Auftreffen der Laserstrahlung auf die erste Oberfläche kann es, wie beschrieben, zur Freisetzung von Tropfen bzw. Partikeln kommen, die optisch durchlässige Elemente, beispielsweise ein Fenster, und/oder Teile der Lasereinheit verschmutzen können. Dies führt zu einer verringerten Laserintensität, welche wiederum die Schweißqualität beeinträchtigt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht auf vorteilhafte Weise, derartige Verschmutzungen zu verhindern, sodass ein konstant gutes Schweißergebnis gewährleistet ist.When the laser radiation hits the first surface, as described, drops or particles can be released, which can contaminate optically transparent elements, for example a window, and / or parts of the laser unit. This leads to a reduced laser intensity, which in turn affects the welding quality. The configuration according to the invention advantageously makes it possible to prevent such contamination, so that a consistently good welding result is ensured.

Zur Durchleitung des Gasstroms weist die Vorrichtung insbesondere ein ein Strömungsvolumen umschließendes Strömungsleitelement zur Realisierung eines Gasstroms auf, welches zumindest in einem Bereich zwischen der Lasereinheit bzw. einem optisch durchlässigen Element zum Durchstrahlen mittels der Laserstrahlung angeordnet ist. Dieses kann wenigstens einen Gasauslass zur Ausströmung des Gasstroms in den außerhalb des Strömungsleitelements befindlichen Teil des ersten räumlichen Bereichs aufweisen, sodass das Gas über die erste Ansaugöffnung zur Unterdruckquelle gesaugt werden kann. Insbesondere ist der Gasauslass nahe dem ersten Niederhalter und somit nahe den Auftrittspunkten angeordnet, sodass Partikel bzw. Tropfen besonders einfach mit dem Gasstrom aus dem ersten räumlichen Bereich entfernbar sind.For the passage of the gas flow, the device has in particular a flow guiding element enclosing a flow volume for realizing a gas flow, which is arranged at least in an area between the laser unit or an optically transparent element for irradiation by means of the laser radiation. This can have at least one gas outlet for the outflow of the gas flow into the part of the first spatial region located outside the flow guide element, so that the gas flows through the first Suction opening can be sucked to the vacuum source. In particular, the gas outlet is arranged near the first hold-down device and thus close to the points of occurrence, so that particles or drops can be removed from the first spatial area particularly easily with the gas flow.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteilverbunds mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Diese umfasst eine Lasereinheit zur Emission von Laserstrahlung, welche wenigstens ein bewegliches Element aufweist. Die Lasereinheit ist dazu eingerichtet ist, mittels Bewegung des beweglichen Elements zum bereichsweisen Schmelzen wenigstens eines von wenigstens zwei schweißtechnisch zu verbindenden Bauteilen an unterschiedlichen Auftrittspunkten auf eine erste Oberfläche des Bauteils zwecks schweißtechnischer Verbindung der Bauteile an den Auftrittspunkten Laserstrahlung auf die Auftrittspunkte zu richten. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine erste Wandung zur teilweisen Begrenzung eines ersten räumlichen Bereichs um einen jeweiligen Auftrittspunkt, wobei die erste Wandung eine erste Ansaugöffnung zur Erzeugung eines Unterdrucks im ersten räumlichen Bereich aufweist. Die erste Wandung weist eine Anlagefläche zur Anlage an die erste Oberfläche oder an einen luftdicht mit der ersten Oberfläche verbindbaren ersten Niederhalter auf. Auf diese Weise ist im anliegenden Zustand der Anlagefläche an der ersten Oberfläche bzw. an dem ersten Niederhalter der erste räumliche Bereich bereichsweise durch die erste Oberfläche begrenzt und im ersten räumlichen Bereich ist ein Unterdruck erzeugbar. Insbesondere ist an der Anlagefläche ein Dichtelement zur Abdichtung gegenüber der ersten Oberfläche bzw. gegenüber dem ersten Niederhalter angeordnet.A second aspect of the invention is a device for producing a component assembly using the method according to the invention. This comprises a laser unit for the emission of laser radiation, which has at least one movable element. The laser unit is set up to direct laser radiation at the points of occurrence by moving the movable element to melt at least one of at least two components to be joined by welding at different points of occurrence onto a first surface of the component for the purpose of welding the components at the points of occurrence. The device further comprises a first wall for partially delimiting a first spatial area around a respective point of occurrence, the first wall having a first suction opening for generating a negative pressure in the first spatial area. The first wall has a contact surface for contacting the first surface or a first hold-down device which can be connected in an airtight manner to the first surface. In this way, when the contact surface is in contact with the first surface or the first hold-down device, the first spatial area is delimited in some areas by the first surface, and a negative pressure can be generated in the first spatial area. In particular, a sealing element for sealing against the first surface or against the first hold-down device is arranged on the contact surface.

Insbesondere ist die erste Wandung derart ausgestaltet, dass sie in Kombination mit der ersten Oberfläche den ersten räumlichen Bereich um alle Auftrittspunkte herum im Wesentlichen luftdicht abdichtet. Die Anlagefläche erstreckt sich insbesondere in einer Ebene. Typischerweise ist sie umlaufend um eine Durchgangsöffnung der ersten Wandung herum angeordnet und umgibt somit bei bestimmungsgemäßer Verwendung die Auftrittspunkte auf der ersten Oberfläche, also die zu schweißenden Positionen wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile. Das ggf. an der ersten Anlagefläche angeordnete Dichtelement erstreckt sich demnach ebenfalls insbesondere umlaufend um die Durchgangsöffnung.In particular, the first wall is designed in such a way that, in combination with the first surface, it seals the first spatial area around all occurrence points in an essentially airtight manner. The contact surface extends in particular in one plane. It is typically arranged all around a through opening of the first wall and thus, when used as intended, surrounds the points of occurrence on the first surface, that is to say the positions to be welded of at least one of the components to be connected. The sealing element possibly arranged on the first contact surface accordingly also extends in particular all around the passage opening.

Bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung begrenzen die erste Wandung und, falls der erste Niederhalter ein von der ersten Wandung separates Bauteil ist, ggf. dieser den ersten räumlichen Bereich.If the device is used as intended, the first wall and, if the first hold-down device is a component separate from the first wall, this may delimit the first spatial area.

Insbesondere weist die erste Wandung als erste Ansaugöffnung einen ersten Ansaugstutzen zum strömungstechnischen Anschluss einer Unterdruckquelle zwecks Evakuierung des ersten räumlichen Bereichs auf. Die Vorrichtung erlaubt die Herstellung von Schweißungen bzw. Schweißungsbereichen an unterschiedlichen Positionen ohne Unterbrechung des Unterdrucks und somit ein effizientes, schnelles, einfaches, wenig fehleranfälliges und mit lediglich geringen Toleranzen behaftetes Schweißen.In particular, the first wall, as the first suction opening, has a first suction nozzle for the fluidic connection of a vacuum source for the purpose of evacuating the first spatial area. The device permits the production of welds or welding areas at different positions without interrupting the negative pressure and thus an efficient, fast, simple, less error-prone welding and with only small tolerances.

Eine Ausgestaltung der Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteilverbunds ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche der ersten Wandung als erster Niederhalter zur Ausübung einer Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche eingerichtet ist oder dass die Vorrichtung einen von der ersten Wandung separaten und mit dieser luftdicht verbindbaren ersten Niederhalter zur Ausübung einer ersten Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche umfasst. Im Falle eines separaten ersten Niederhalters ist an diesem insbesondere ein Dichtelement zur Abdichtung gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet.An embodiment of the device for producing a component assembly is characterized in that the contact surface of the first wall is set up as a first hold-down device for exerting a hold-down force on the first surface, or that the device has a first hold-down device that is separate from the first wall and can be connected to it in an airtight manner a first hold-down force on the first surface. In the case of a separate first hold-down device, in particular a sealing element for sealing against the first surface is arranged.

Mit anderen Worten kann die erste Wandung als erster Niederhalter fungieren oder die Vorrichtung kann einen separaten ersten Niederhalter aufweisen. Im ersten Fall ist die Anlagefläche der ersten Wandung die die Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche ausübende Fläche. Dazu kann die erste Wandung mechanisch mit einer Kraftausübungseinrichtung verbunden sein, mittels welcher sie an die erste Oberfläche unter Aufbringung der Niederhaltekraft andrückbar ist. Die Vorrichtung kann eine derartige Kraftausübungseinrichtung aufweisen. Alternativ kann als Kraftausübungseinrichtung beispielsweise ein Industrieroboter oder eine CNC-Achse genutzt werden, der bzw. die auch zur Positionierung und/oder Fixierung der Vorrichtung in Bezug zu den zu verbindenden Bauteilen nutzbar sein kann. Die CNC- Achse besitzt eine Weg- und/oder Kraftregelung.In other words, the first wall can function as a first hold-down device or the device can have a separate first hold-down device. In the first case, the contact surface of the first wall is the surface exerting the hold-down force on the first surface. For this purpose, the first wall can be mechanically connected to a force exerting device, by means of which it can be pressed onto the first surface by applying the hold-down force. The device can have such a force application device. Alternatively, an industrial robot or a CNC axis can be used as the force exerting device, for example, which can also be used for positioning and / or fixing the device in relation to the components to be connected. The CNC axis has a displacement and / or force control.

Im zweiten Fall kann der separate erste Niederhalter analog zum Obigen mechanisch mit einer Kraftausübungseinrichtung verbunden sein. In dieser Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Niederhaltekraft unabhängig von der Wandung ausgeübt werden.In the second case, the separate first hold-down device can be mechanically connected to a force exerting device analogously to the above. In this embodiment of the device, the hold-down force can be exerted independently of the wall.

Der erste Niederhalter dient insbesondere der Fixierung der zu verbindenden Bauteile aneinander bzw. dem Entfernen von Luft- bzw. Gasansammlungen zwischen den zu verbindenden Bauteilen. Insbesondere ist er flächig ausgestaltet und parallel zur ersten Oberfläche anordbar. Er kann ebenfalls dem Kompaktieren bzw. dem Zusammendrücken der zuvor räumlich getrennt angeordneten zu verbindenden Bauteilen dienen, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Batteriezellen der Fall ist. Auch kann er parallel zur Anlagefläche verschieblich sein, um dem Spannungsabbau in den kompaktierten, zu verbindenden Bauteilen zu dienen. Er kann weiterhin zur Fixierung bzw. zum Halten der Bauteile bei einem mechanischen Bearbeitungsprozess wie beispielsweise Schneiden dienen. Die Vorrichtung kann für zumindest einen bzw. eine beliebige Kombination dieser Zwecke auch ein vom Niederhalter separates Andruckelement aufweisen, welches zur Verwendung bei der Herstellung von Batteriezellen auch als Fähnchenspanner bezeichnet werden kann. Dieser muss nicht notwendigerweise flächig ausgestaltet sein, sodass eine kompakte, platzsparende Anordnung möglich ist.The first hold-down device is used in particular to fix the components to be connected to one another or to remove air or gas accumulations between the components to be connected. In particular, it is flat and can be arranged parallel to the first surface. It can also be used for compacting or compressing the components to be connected, which were previously arranged spatially separately, as is the case, for example, in the production of battery cells. It can also be displaced parallel to the contact surface in order to To reduce stress in the compacted components to be connected. It can also be used to fix or hold the components in a mechanical processing process such as cutting. For at least one or any combination of these purposes, the device can also have a pressure element which is separate from the hold-down device and which can also be referred to as a flag tensioner for use in the production of battery cells. This does not necessarily have to be flat, so that a compact, space-saving arrangement is possible.

Diese Ausgestaltung erlaubt durch den ersten Niederhalter auf vorteilhafte Weise die Herstellung von Schweißverbindungen zwischen den Kontakten von Batteriezellen.This configuration advantageously allows welded connections to be made between the contacts of battery cells by means of the first hold-down device.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteilverbunds ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Niederhalter und/oder die erste Wandung wenigstens eine und insbesondere mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche die Laserstrahlung auf die Auftrittspunkte richtbar ist.A further embodiment of the device for producing a component assembly is characterized in that the first hold-down device and / or the first wall has at least one and in particular a plurality of through openings through which the laser radiation can be directed onto the points of occurrence.

Mit anderen Worten ist ein Bereich der ersten Wandung bzw. der ggf. vorhandene separate Niederhalter als Maskierungsplatte ausgestaltet, mittels welcher bei bestimmungsgemäßer Verwendung lediglich die Bereiche der ersten Oberfläche freigelassen werden, an denen zwecks Durchführung von Schweißungen Auftrittspunkte der Laserstrahlung sein sollen. Die Durchgangsöffnungen sind hinsichtlich ihres Querschnitts insbesondere komplementär zur Form der herzustellenden Schweißung bzw. Schweißungen ausgestaltet und können bei linienförmigen Schweißnähten beispielsweise linienförmig bzw. in Form länglicher Rechtecke ausgestaltet sein.In other words, an area of the first wall or the separate hold-down, if present, is designed as a masking plate, by means of which, when used as intended, only the areas of the first surface are left where the laser radiation should appear for the purpose of welding. In terms of their cross-section, the through openings are designed to be complementary to the shape of the weld or welds to be produced and, in the case of linear weld seams, can, for example, be linear or in the form of elongated rectangles.

Im Falle eines von der ersten Wandung separaten ersten Niederhalters kann dieser als Maskierungsplatte im obigen Sinne ausgestaltet sein, während die erste Wandung beispielsweise eine größere Durchgangsöffnung aufweist, welche in einer Blickrichtung senkrecht zur Anlagefläche die Durchgangsöffnungen der Maskierungsplatte umgibt. Mit anderen Worten ist die Anzahl und/oder Größe der Durchgangsöffnungen in der ersten Wandung und dem ersten Niederhalter nicht notwendigerweise gleich.In the case of a first hold-down device separate from the first wall, this can be designed as a masking plate in the above sense, while the first wall has, for example, a larger through-opening which surrounds the through-openings of the masking plate in a viewing direction perpendicular to the contact surface. In other words, the number and / or size of the through openings in the first wall and the first hold-down device is not necessarily the same.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst diese eine zweite Wandung zur teilweisen Begrenzung eines zweiten räumlichen Bereichs um einen Punkt einer zweiten Oberfläche. Der Punkt liegt einem jeweiligen Auftrittspunkt gegenüber und ist von diesem abgewandt. Die zweite Oberfläche liegt der ersten Oberfläche gegenüber und ist von dieser abgewandt. Der Punkt liegt in der zweiten Oberfläche. Die zweite Wandung weist eine zweite Ansaugöffnung zur Erzeugung eines Unterdrucks im zweiten räumlichen Bereich auf. Die zweite Wandung weist eine Anlagefläche zur Anlage an die zweite Oberfläche oder an einen luftdicht mit der zweiten Oberfläche verbindbaren zweiten Niederhalter auf. Auf diese Weise ist im anliegenden Zustand der Anlagefläche an der zweiten Oberfläche bzw. an dem zweiten Niederhalter der zweite räumliche Bereich bereichsweise durch die zweite Oberfläche begrenzt und im zweiten räumlichen Bereich ist ein Unterdruck erzeugbar. Mit anderen Worten ist die zweite Wandung analog zur ersten Wandung ausgestaltet. Sie ist derart angeordnet, dass sie mit ihrer Anlagefläche in spiegelbildlicher Ausrichtung zur ersten Wandung an die der ersten Oberfläche gegenüberliegende und von dieser abgewandte zweite Oberfläche anlegbar ist. Zur Gewährleistung einer exakten Positionierung kann zumindest ein Referenzelement, wie zum Beispiel eine Referenzfläche vorhanden sein, an der ein Element bzw. ein Bereich der Vorrichtung anlegbar ist.In one embodiment of the device, it comprises a second wall for partially delimiting a second spatial area around a point of a second surface. The point lies opposite a respective performance point and faces away from it. The second surface lies opposite and faces away from the first surface. The point is on the second surface. The second wall has a second suction opening for generating a negative pressure in the second spatial area. The second wall has a contact surface for contacting the second surface or a second hold-down device which can be connected in an airtight manner to the second surface. In this way, when the contact surface is in contact with the second surface or the second hold-down device, the second spatial area is delimited in some areas by the second surface and a negative pressure can be generated in the second spatial area. In other words, the second wall is configured analogously to the first wall. It is arranged in such a way that its contact surface can be applied in a mirror image orientation to the first wall on the second surface opposite the first surface and facing away from it. To ensure exact positioning, there can be at least one reference element, such as a reference surface, against which an element or a region of the device can be placed.

In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen zweiten Niederhalter zur Ausübung einer der ersten Niederhaltekraft entgegengesetzt wirkende zweite Niederhaltekraft auf eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende und von dieser abgewandte zweite Oberfläche wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile auf. Die zweite Niederhaltekraft kann dabei eine Reaktionskraft der ersten Niederhaltekraft sein, insbesondere, wenn der zweite Niederhalter fixiert angeordnet ist. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann der zweite Niederhalter auch zur Ausrichtung der zu fügenden Bauteile dienen.In one configuration, the device has a second hold-down device for exerting a second hold-down force acting counter to the first hold-down force on a second surface opposite to and facing away from the first surface of at least one of the components to be connected. The second hold-down force can be a reaction force of the first hold-down force, in particular if the second hold-down device is arranged in a fixed manner. In this embodiment in particular, the second hold-down device can also be used to align the components to be joined.

Dabei kann die Anlagefläche der zweiten Wandung als zweiter Niederhalter zur Ausübung der Niederhaltekraft auf die zweite Oberfläche eingerichtet sein. Alternativ umfasst die Vorrichtung einen von der zweiten Wandung separaten und mit dieser luftdicht verbindbaren zweiten Niederhalter zur Ausübung der zweiten Niederhaltekraft auf die zweite Oberfläche.The contact surface of the second wall can be set up as a second hold-down device for exerting the hold-down force on the second surface. Alternatively, the device comprises a second hold-down device, which is separate from the second wall and can be connected to the second device in an airtight manner, for exerting the second hold-down force on the second surface.

Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen. Dieses umfasst wenigstens einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Bauteilverbund, wobei der Bauteilverbund insbesondere elektrische Kontakte einer Batteriezelle umfasst. Diese können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander und gegebenenfalls mit einer Stromsammlerschiene (auch Busbar genannt) verbunden sein.A third aspect of the invention is a motor vehicle, in particular a passenger car. This comprises at least one component assembly produced with the method according to the invention and / or with the device according to the invention, the component assembly comprising in particular electrical contacts of a battery cell. These can be connected to one another with the method according to the invention and, if appropriate, to a current collector rail (also called a busbar).

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen und beispielhaften Verfahrensschritte erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings and exemplary method steps.

Es zeigen

  • 1: eine schematische Schnittzeichnung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2: eine schematische Schnittzeichnung einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3: eine schematische Draufsicht auf Teile der Vorrichtung aus 2 aus der Perspektive der Lasereinheit,
  • 4: eine schematische Darstellung eines Teils einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung einer ersten Variante des Verfahrensschritts Kompaktieren einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 5: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 4 bei der Durchführung eines ersten Teilschritts einer zweiten Variante des Verfahrensschritts Kompaktieren,
  • 6: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 4-5 bei der Durchführung eines zweiten Teilschritts der zweiten Variante des Verfahrensschritts Kompaktieren aus 5,
  • 7: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 4-6 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Spannungsabbau,
  • 8: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 4-7 nach dem Verfahrensschritt aus 7,
  • 9: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 4-8 bei der Durchführung einer ersten Variante des Verfahrensschritts Schneiden,
  • 10: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 4-9 bei der Durchführung einer zweiten Variante des Verfahrensschritts Schneiden,
  • 11: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 4-10 bei der Durchführung einer dritten Variante des Verfahrensschritts Schneiden,
  • 12: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrensschritts Maskieren,
  • 13: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 12 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Unterdruck erzeugen,
  • 14: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 12-13 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Kontakte miteinander verschweißen,
  • 15: eine schematische Darstellung eines Teils der Vorrichtung aus den 12-14 bei der Durchführung der Verfahrensschritte Ableiter zuführen und Maskieren,
  • 16: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 12-14 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Vorrichtung zuführen,
  • 17: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 12-14 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Kontakte und Ableiter verschweißen,
  • 18: eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrensschritts Kompaktieren,
  • 19: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrensschritts Schweißen,
  • 20: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrensschritts Maskieren,
  • 21: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung einer alternativen Ausgestaltung der Verfahrensschritte Ableiter zuführen und Maskieren,
  • 22: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 21 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Vorrichtung zuführen,
  • 23: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 21-22 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Kontakte miteinander und mit dem Ableiter verschweißen,
  • 24: eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung einer ersten Variante des Verfahrensschritts Kompaktieren,
  • 25: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 24 bei der Durchführung einer zweiten Variante des Verfahrensschritts Kompaktieren,
  • 26: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung der Verfahrensschritte Ableiter und Vorrichtung zuführen sowie Maskieren,
  • 27: eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 26 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Kontakte miteinander und mit dem Ableiter verschweißen,
  • 28: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrensschritts Bauteile zuführen,
  • 29: eine erste schematische Darstellung der Vorrichtung aus 28 bei der Durchführung des Verfahrensschritts Bauteile miteinander verschweißen, sowie
  • 30 eine um 90° gedrehte zweite schematische Darstellung des Verfahrensschritts aus 29.
Show it
  • 1 : a schematic sectional drawing of a first embodiment of the device according to the invention when carrying out the method according to the invention,
  • 2nd : a schematic sectional drawing of a second embodiment of the device according to the invention when carrying out the method according to the invention,
  • 3rd : a schematic plan view of parts of the device 2nd from the perspective of the laser unit,
  • 4th a schematic representation of part of an embodiment of a device according to the invention when carrying out a first variant of the method step compacting an embodiment of the method according to the invention,
  • 5 : a schematic representation of the device 4th when carrying out a first sub-step of a second variant of the compacting process step,
  • 6 : a schematic representation of the device from the 4-5 when carrying out a second substep of the second variant of the compacting method step 5 ,
  • 7 : a schematic representation of the device from the 4-6 when carrying out the voltage reduction process step,
  • 8th : a schematic representation of the device from the 4-7 after the procedural step 7 ,
  • 9 : a schematic representation of the device from the 4-8 when carrying out a first variant of the cutting process step,
  • 10 : a schematic representation of the device from the 4-9 when performing a second variant of the cutting process step,
  • 11 : a schematic representation of the device from the 4-10 when carrying out a third variant of the cutting process step,
  • 12th : a schematic representation of a device according to the invention when performing the masking method step,
  • 13 : a schematic representation of the device 12th generate negative pressure when performing the process step,
  • 14 : a schematic representation of the device from the 12-13 weld contacts to each other when performing the process step,
  • 15 : a schematic representation of a part of the device from the 12-14 supply and mask arresters during the execution of the procedural steps,
  • 16 : a schematic representation of the device from the 12-14 feed the device when performing the method step,
  • 17th : a schematic representation of the device from the 12-14 weld contacts and arresters when performing the process step,
  • 18th : a schematic representation of an alternative embodiment of the device according to the invention when performing the compacting method step,
  • 19th : a schematic representation of a device according to the invention when performing the welding method step,
  • 20 : a schematic representation of a device according to the invention when performing the masking method step,
  • 21st : a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention when carrying out an alternative embodiment of the method steps of feeding and masking arresters,
  • 22 : a schematic representation of the device 21st feed the device when performing the method step,
  • 23 : a schematic representation of the device from the 21-22 when carrying out the process step, weld contacts to one another and to the arrester,
  • 24th : a schematic representation of a further alternative embodiment of the device according to the invention when carrying out a first variant of the compacting method step,
  • 25th : a schematic representation of the device 24th when carrying out a second variant of the compacting process step,
  • 26 FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention when carrying out the method steps of feeding the arrester and device and masking,
  • 27 : a schematic representation of the device 26 when carrying out the process step, weld contacts to one another and to the arrester,
  • 28 FIG. 1 shows a schematic representation of a further embodiment of the device according to the invention when the method step is carried out,
  • 29 : a first schematic representation of the device 28 weld components together when carrying out the method step, and
  • 30th a 90 ° rotated second schematic representation of the process step 29 .

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform eine in einem Bearbeitungskopf, z.B. eine programmierbare Fokussieroptik, 52 angeordnete Lasereinheit 30, die eine Laserablenkungseinheit umfasst, welche Laserstrahlung 31 auf eine erste Oberfläche 21 eines zweier zu fügender Bauteile 23, 25 richtet. Zwischen dem Bearbeitungskopf 52 und dem Bauteil 23 ist eine erste Wandung 40 angeordnet, die auch als Unterdruckrohr bezeichnet wird und einen ersten räumlichen Bereich 13 um den Auftrittspunkt 35 der Laserstrahlung 31 auf der ersten Oberfläche 21 begrenzt. Die erste Wandung 40 weist eine schematisch dargestellte erste Ansaugöffnung 12 auf, an welche eine Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks anschließbar ist, sodass im gesamten ersten räumlichen Bereich 13 ein Unterdruck erzeugbar ist. 1 shows a device according to the invention 10 when carrying out the method according to the invention. In the embodiment shown here, the device comprises a laser unit 52 arranged in a processing head, for example programmable focusing optics 30th , which comprises a laser deflection unit, which laser radiation 31 on a first surface 21st one of two components to be joined 23 , 25th judges. Between the machining head 52 and the component 23 is a first wall 40 arranged, which is also referred to as a vacuum tube and a first spatial area 13 around the point of appearance 35 the laser radiation 31 on the first surface 21st limited. The first wall 40 has a schematically illustrated first suction opening 12th to which a device for generating a negative pressure can be connected, so that in the entire first spatial area 13 a negative pressure can be generated.

Zur Einkopplung der Laserstrahlung 31 in den ersten räumlichen Bereich 13 bzw. zum Durchleiten der Laserstrahlung 31 weist die erste Wandung 40 bzw. der Bearbeitungskopf 52 ein optisch durchlässiges Element 50, nämlich ein Fenster, auf.For coupling the laser radiation 31 in the first spatial area 13 or to pass the laser radiation 31 points the first wall 40 or the processing head 52 an optically permeable element 50 , namely a window.

Der vom Bearbeitungskopf 52 abgewandte Teil der ersten Wandung 40 ist als Anlagefläche zur Anlage an die erste Oberfläche 21 ausgestaltet. Somit ist, wie dargestellt, der erste räumliche Bereich 13 bereichsweise durch die erste Oberfläche 21 begrenzt. Umlaufend um den Auftrittspunkt 35 ist an der Anlagefläche ein Dichtelement 42 angeordnet, welches der Abdichtung der ersten Wandung 40 gegenüber der ersten Oberfläche 21 dient.The one from the machining head 52 part of the first wall facing away 40 is a contact surface for contact with the first surface 21st designed. Thus, as shown, is the first spatial area 13 in some areas through the first surface 21st limited. All around the point of appearance 35 is a sealing element on the contact surface 42 arranged, which is the sealing of the first wall 40 opposite the first surface 21st serves.

Die Anlagefläche der ersten Wandung 40 ist als erster Niederhalter 11 ausgestaltet, welcher einer Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche 21 ausübt, sodass das oben dargestellte Bauteil 23 an das unten dargestellte Bauteil 25 gepresst wird bzw. hinsichtlich seiner Position in Bezug zu diesem fixiert ist.The contact surface of the first wall 40 is the first hold-down 11 designed which a hold-down force on the first surface 21st exercises so that the component shown above 23 to the component shown below 25th is pressed or is fixed with respect to its position in relation to this.

Die erste Wandung 40 ist als Maskierungsplatte ausgestaltet und weist drei Durchgangsöffnungen 44 auf, durch welche die Laserstrahlung 31 auf die erste Oberfläche 21 gerichtet werden kann. Es ist ersichtlich, dass zwischen diesen Durchgangsöffnungen 44 Stege der ersten Wandung 40 angeordnet sind, sodass auch in diesem Bereich Teile der Anlagefläche bzw. des ersten Niederhalters 11 angeordnet sind und eine Niederhaltekraft auf die jeweils darunterliegenden Bereiche des Bauteils 23 ausübbar ist.The first wall 40 is designed as a masking plate and has three through openings 44 through which the laser radiation 31 on the first surface 21st can be directed. It can be seen that between these through openings 44 Bridges of the first wall 40 are arranged so that parts of the contact surface or the first hold-down device are also in this area 11 are arranged and a hold-down force on the respective underlying areas of the component 23 is exercisable.

Innerhalb des ersten räumlichen Bereichs 13 ist ein Strahlungsbereich 32 dargestellt, innerhalb welchem Laserstrahlung 31 realisierbar ist. Dies erfolgt mittels eines beweglichen Elements der Lasereinheit, welches beispielsweise wenigstens ein bewegliches optisches Element wie etwa ein Spiegel sein kann. Es ist zu bemerken, dass Laserstrahlung nicht nur in dem in dieser Darstellungsebene ersichtlichen Strahlungsbereich 32 schwenkbar ist, sondern sich der Strahlungsbereich 32 auch senkrecht zu dieser Darstellungsebene erstreckt, wie es unten in Bezug zu 3 erläutert wird.Within the first spatial area 13 is a radiation area 32 shown within which laser radiation 31 is feasible. This is done by means of a movable element of the laser unit, which can be, for example, at least one movable optical element such as a mirror. It should be noted that laser radiation is not only in the radiation range visible in this representation level 32 is pivotable, but the radiation area 32 also extends perpendicular to this plane of representation as it relates to below 3rd is explained.

Unterhalb jeder der Durchgangsöffnungen 44 werden Schweißungen 60, nämlich Schweißnähte erzeugt, welche die Bauteile 23 und 25 schweißtechnisch miteinander verbinden. Die gezeigte Laserstrahlung 31 stellt im hier gezeigten Verfahrensschritt die links gezeigte Schweißnaht fertig.Below each of the through openings 44 become welds 60 , namely welds produced, which the components 23 and 25th Welding together. The laser radiation shown 31 in the process step shown here completes the weld shown on the left.

Es ist ersichtlich, dass unterhalb des Bauteils 25 eine funktional im Wesentlichen analog zur ersten Wandung ausgestaltete zweite Wandung 41 angeordnet ist, welche einen zweiten räumlichen Bereich 18 teilweise begrenzt. Diese weist eine zweite Ansaugöffnung 17 zur Anordnung einer Unterdruckquelle auf, mittels welcher der zweite räumliche Bereich 18 evakuierbar ist. Dem Auftrittspunkt 35 gegenüberliegend und von diesem abgewandt befindet sich auf der zweiten Oberfläche 22 innerhalb des unter Unterdruck stehenden zweiten räumlichen Bereichs 18 der Punkt 36 an welchem sich, wie beschrieben, zumindest zeitweilig aufgrund der Laserstrahlung 31 eine Durchgangsöffnung durch die beiden Bauteile 23 und 25 bilden kann.It can be seen that below the component 25th a second wall which is functionally essentially analogous to the first wall 41 is arranged, which has a second spatial area 18th partially limited. This has a second suction opening 17th to arrange a vacuum source, by means of which the second spatial area 18th is evacuable. The point of appearance 35 Opposite and facing away from it is on the second surface 22 within the second spatial area under negative pressure 18th the point 36 on which, as described, at least temporarily due to the laser radiation 31 a through opening through the two components 23 and 25th can form.

Analog zum Obigen ist die zweite Wandung 41 als zweiter Niederhalter 16 ausgestaltet und übt eine der ersten Niederhaltekraft entgegen gerichtete zweite Niederhaltekraft auf die zweite Oberfläche 22 des zweiten Bauteils 25 aus oder ist starr in einer definierten Position angebracht und übt eine Gegenkraft zur ersten Niederhaltekraft aus. Ebenfalls analog zum Obigen ist auch die zweite Wandung 16 im Bereich der Anlagefläche als Maskierungsplatte mit jeweiligen Durchgangsöffnungen 44 ausgestaltet, welche Durchgangsöffnungen 44 im ersten Niederhalter 11 gegenüberliegend angeordnet sind. Auch weist die zweite Wandung 16 im Bereich der Anlagefläche Dichtelemente 42 zur Abdichtung gegenüber dem Bauteil 25 auf.The second wall is analogous to the above 41 as a second hold-down 16 designed and exerts a second hold-down force directed against the first hold-down force on the second surface 22 of the second component 25th off or is rigidly attached in a defined position and exerts a counterforce to the first hold-down force. The second wall is also analogous to the above 16 in the area of the contact surface as a masking plate with respective through openings 44 designed which through openings 44 in the first hold-down 11 are arranged opposite one another. The second wall also faces 16 sealing elements in the area of the contact surface 42 for sealing against the component 25th on.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Zusätzlich zum in 1 gezeigten weist die Vorrichtung ein Strömungsleitelement 46 auf, welches auch als Strömungsrohr bezeichnet wird und im Inneren der ersten Wandung 40 ein Strömungsvolumen 49 begrenzt. Das Strömungsleitelement 46 weist im oberen Bereich eine als Anschlussstutzen ausgestaltete Anschlussöffnung 47 auf, durch welche ein Gas in das Strömungsvolumen 49 einleitbar ist. Das Strömungsleitelement 46 weist im unteren Bereich nahe der Durchgangsöffnungen 44 der Maskierungsplatte zwei Gasauslässe 48 auf, durch welche das Gas aus dem Strömungsvolumen 49 in den außerhalb des Strömungsvolumens 49 befindlichen Teil des ersten räumlichen Bereichs 13 einleitbar ist. Auf diese Weise kann im Inneren des Strömungsleitelements 46 zwischen der Anschlussöffnung 47 und den Gasauslässen 48, also in einem Abschnitt zwischen dem optisch durchlässigen Element 50 zum Durchleiten der Laserstrahlung 31 und dem Auftrittspunkt 35 auf der ersten Oberfläche 21, ein der Emissionsrichtung der Laserstrahlung 31 gleichgerichteter Gasstrom erzeugt werden. Damit können Tropfen bzw. Partikel, die beim Auftreffen der Laserstrahlung 31 am Auftrittspunkt 35 freigesetzt werden, daran gehindert werden, entgegen der Strömungsrichtung des Gasstroms zum optisch durchlässigen Element 50 zu gelangen, was eine Verschmutzung des optisch durchlässigen Elements 50 verhindert und auf diese Weise eine gleichbleibend hohe Schweißqualität gewährleistet.
3 zeigt die Vorrichtung 10 aus 2 aus der Perspektive der kreisförmig angedeuteten Lasereinheit 30. Die an die erste Wandung 40 angeschlossene erste Ansaugöffnung 12 zur Evakuierung des ersten räumlichen Bereichs ist ebenso ersichtlich wie die Anschlussöffnung 47 zur Einleitung des Gases in das Strömungsvolumen. Es ist ersichtlich, dass die drei Schweißnähte 60 sowie die jeweiligen Durchgangsöffnungen 44 im die Anlagefläche aufweisenden Bereich der ersten Wandung 40 linienförmig ausgestaltet sind und sich im Inneren der einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden ersten Wandung 40 erstrecken. Mittels Bewegung des beweglichen Elements ist Laserstrahlung zu allen Punkten der Schweißnähte 60 führbar.
2nd shows an alternative embodiment of the device according to the invention 10 . In addition to in 1 shown the device has a flow guide 46 on, which is also referred to as a flow tube and inside the first wall 40 a flow volume 49 limited. The flow control element 46 has a connection opening designed as a connection piece in the upper region 47 on through which a gas enters the flow volume 49 can be initiated. The flow control element 46 points in the lower area near the through openings 44 the masking plate has two gas outlets 48 through which the gas flows from the flow volume 49 in the outside of the flow volume 49 located part of the first spatial area 13 can be initiated. In this way, inside the flow guide 46 between the connection opening 47 and the gas outlets 48 , i.e. in a section between the optically transparent element 50 to pass the laser radiation 31 and the point of appearance 35 on the first surface 21st , one of the direction of emission of the laser radiation 31 rectified gas flow are generated. This means that drops or particles that occur when the laser radiation strikes 31 at the point of appearance 35 are released, are prevented against the direction of flow of the gas stream to the optically transparent element 50 to get what is a contamination of the optically permeable element 50 prevented and in this way guaranteed a consistently high welding quality.
3rd shows the device 10 out 2nd from the perspective of the circularly indicated laser unit 30th . The one on the first wall 40 connected first suction opening 12th for evacuating the first spatial area can be seen as well as the connection opening 47 to introduce the gas into the flow volume. It can be seen that the three welds 60 and the respective through openings 44 in the area of the first wall that has the contact surface 40 are linear and are located inside the first wall, which has a rectangular cross section 40 extend. By moving the movable element, laser radiation is at all points of the weld seams 60 feasible.

Weiterhin ist dargestellt, dass die Bauteile 23 und 25 im Bereich der herzustellen Schweißverbindung einen Überlappstoß ausbilden. Die Anlagefläche liegt auf der ersten Oberfläche 21 des Bauteils 23 auf. Es scheint lediglich aufgrund der Perspektive, dass die rechts und links dargestellten äußeren Bereiche der Schweißnähte durch die erste Wandung 40 verdeckt sind, was erfindungsgemäß nicht der Fall ist.It is also shown that the components 23 and 25th Form an overlap joint in the area of the welded joint. The contact surface is on the first surface 21st of the component 23 on. It only appears from the perspective that the outer areas of the welds shown on the right and left through the first wall 40 are covered, which is not the case according to the invention.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dies den Verfahrensschritt Kompaktieren, wie in 4 dargestellt. Dabei werden elektrische Kontakte 26, im dargestellten Fall Elektrodenfähnchen einer Batteriezelle, zusammengepresst, um einen Bauteilstapel herzustellen und die zwischen den elektrischen Kontakten 26 befindlichen Gas- bzw. Luftansammlungen zu entfernen. Es ist schematisch dargestellt, dass sieben parallel zueinander angeordnete und jeweilige Abstände zwischen einander aufweisende Bauteile 23, 24, 25 mittels zweier Niederhalter 11, 16, welche parallel zu den jeweiligen Bauteilen 23, 24, 25 ausgerichtet sind, zusammengepresst werden. Auf der linken Seite ist der Stapel 62 gezeigt, in welchem zwischen den jeweiligen Bauteilen 23, 24, 25 weitere Elemente der Batteriezelle angeordnet sind. Die Niederhalter 11, 16 realisieren zueinander verlaufende translatorische Bewegungen 70.In one embodiment of the method according to the invention, this comprises the compacting method step, as in 4th shown. This involves electrical contacts 26 , in the illustrated case, electrode flags of a battery cell, pressed together to produce a component stack and between the electrical contacts 26 remove any gas or air accumulation. It is shown schematically that seven mutually parallel and respective distances between components 23 , 24th , 25th by means of two hold-down devices 11 , 16 which are parallel to the respective components 23 , 24th , 25th are aligned, are pressed together. On the left is the stack 62 shown in which between the respective components 23 , 24th , 25th further elements of the battery cell are arranged. The hold-down devices 11 , 16 realize translatory movements that run towards each other 70 .

Die Anlagefläche des ersten Niederhalters 11 gelangt dabei in flächigen Kontakt mit der ersten Oberfläche 21 des Bauteils 23 und die Anlagefläche des zweiten Niederhalters 16 gelangt in flächigen Kontakt mit der zweiten Oberfläche 22 des Bauteils 25. Es ist ersichtlich, dass die beiden Niederhalter 11, 16 analog zu den 1 und 2 jeweilige Durchgangsöffnungen 44 sowie Dichtungselemente 42 aufweisen. Darüber hinaus umfasst jeder der Niederhalter 11, 16 ein Andruckelement 54, welches ebenfalls zur Kraftausübung auf die Bauteile 23, 24, 25 eingerichtet ist.The contact surface of the first hold-down device 11 comes into extensive contact with the first surface 21st of the component 23 and the contact surface of the second hold-down device 16 comes into extensive contact with the second surface 22 of the component 25th . It can be seen that the two hold-down devices 11 , 16 analog to the 1 and 2nd respective through openings 44 as well as sealing elements 42 exhibit. In addition, each of the hold-downs includes 11 , 16 a pressure element 54 , which is also used to apply force to the components 23 , 24th , 25th is set up.

5 zeigt einen ersten Teilschritt einer alternativen Ausführungsform des Verfahrensschritts Kompaktieren. Hierbei erfolgt anstelle der ausschließlich translatorischen Bewegung 70 gemäß der 4 eine Kombination aus einer translatorischen Bewegung 70 und einer rotatorischen Bewegung 72. Zunächst werden die winklig zueinander angeordneten Niederhalter 11, 16 aus unterschiedlichen Richtungen entlang der Pfeile 70 auf jeweilige Oberflächen 21, 22 der Bauteile zubewegt, um eine primäre Kompaktion im Bereich des Stapels 62 zu erreichen. Anschließend erfolgt die ebenfalls auf einander zu gerichtete rotatorische Bewegung 72 um den jeweils links dargestellten Bereich der Niederhalter 11, 16 in der jeweiligen Position des Andruckelements 54. Im die jeweilige Oberfläche 21, 22 kontaktierenden Bereich des jeweiligen Niederhalters 11, 16 bildet sich somit ein Umformbereich 66 aus. In 6, welche einen darauf folgenden Teilschritt zeigt, ist ersichtlich, dass der Formbereich 66 bei einer weiter geführten rotatorischen Bewegung 72 der jeweiligen Niederhalter 11, 16 nach rechts wandert, bis eine kompakte parallele Anordnung der Bauteile 23, 24, 25 ohne dazwischen befindliche Gasansammlungen vorliegt. 5 shows a first sub-step of an alternative embodiment of the method step compacting. This is done instead of the exclusively translational movement 70 according to the 4th a combination of a translational movement 70 and a rotational movement 72 . First, the hold-down devices arranged at an angle to each other 11 , 16 from different directions along the arrows 70 on respective surfaces 21st , 22 the components moved to a primary compaction in the area of the stack 62 to reach. This is followed by the rotational movement, which is also directed towards one another 72 around the area of the hold-down device shown on the left 11 , 16 in the respective position of the pressure element 54 . Im the respective surface 21st , 22 contacting area of the respective hold-down device 11 , 16 a forming area is thus formed 66 out. In 6 , which shows a subsequent sub-step, it can be seen that the molding area 66 with a continued rotary movement 72 the respective hold-down device 11 , 16 migrates to the right until a compact parallel arrangement of the components 23 , 24th , 25th without any gas accumulation in between.

7 zeigt einen folgenden Verfahrensschritt, in welchem durch das Kompaktieren eingebrachte Spannungen abgebaut werden. Dies erfolgt mittels paralleler translatorischer Bewegungen 70 der beiden Niederhalter 11, 16 entlang der Oberflächen 21, 22 in Richtung auf den Stapel 62. Es zeigt sich, dass die rechts dargestellten Enden der Kontakte 26 aufgrund der erfolgten Umformung jeweils unterschiedliche Längen aufweisen. Die nach Abschluss des Spannungsabbaus vorliegende Situation zeigt 8. 7 shows a following process step in which stresses introduced by the compacting are reduced. this happens by means of parallel translatory movements 70 of the two hold-downs 11 , 16 along the surfaces 21st , 22 towards the stack 62 . It shows that the ends of the contacts shown on the right 26 have different lengths due to the reshaping. The situation after the end of the voltage reduction shows 8th .

Die 9 bis 11 zeigen unterschiedliche Varianten des Verfahrensschritts Schneiden, bei welchem die oben erwähnten, unterschiedliche Längen aufweisenden Kontakte 26 mittels des Schneidwerkzeugs 64, schematisch dargestellt mittels zweier Klingen, entlang der Schnittebene 65 auf eine Länge gebracht werden. Selbstverständlich kann anstelle des gezeigten Schneidwerkzeugs 64 ebenso ein alternatives Werkzeug wie beispielsweise eine Laserschneidvorrichtung genutzt werden. In Abhängigkeit der in den 4 bis 8 dargestellten Umformungen können sich jeweils unterschiedliche Anordnungen des hergestellten Bauteilstapels in Bezug zum Stapel 62 und somit unterschiedliche Anordnungen der unterschiedlichen Längen aufweisenden Enden der Bauteile 23, 24, 25 einstellen, wie in den 9 bis 11 gezeigt. Unabhängig davon werden diese, wie dargestellt, auf eine einheitliche Länge geschnitten.The 9 to 11 show different variants of the cutting process step, in which the above-mentioned, different length contacts 26 by means of the cutting tool 64 , shown schematically by means of two blades, along the cutting plane 65 be brought to length. Of course, instead of the cutting tool shown 64 an alternative tool such as a laser cutting device can also be used. Depending on the in the 4th to 8th Shapes shown can each have different arrangements of the component stack produced in relation to the stack 62 and thus different arrangements of the ends of the components having different lengths 23 , 24th , 25th set as in the 9 to 11 shown. Regardless of this, as shown, these are cut to a uniform length.

12 zeigt den darauffolgenden Verfahrensschritt Maskieren, in welchem ähnlich der in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen 10 ausgestaltete Teile einer Vorrichtung 10 an den jeweiligen Niederhalter 11, 16 positioniert werden. Im Gegensatz zu Vorrichtung 10 aus den 1 und 2 ist die Anlagefläche der ersten Wandung 40 der in 12 dargestellten Vorrichtung zur Anlage an einen luftdicht mit der ersten Oberfläche 21 verbindbaren bzw. verbundenen ersten Niederhalter 11 eingerichtet. Es ist ersichtlich, dass der erste Niederhalter 11 unterstützt durch die auf der ersten Oberfläche 21 anliegenden Dichtelemente 42 bereits luftdicht mit dieser ersten Oberfläche 21 verbunden ist. Selbiges gilt für den zweiten Niederhalter 16 und der zweiten Oberfläche 22. 12th shows the subsequent process step masking, in which similar to that in the 1 and 2nd shown devices 10 designed parts of a device 10 to the respective hold-down device 11 , 16 be positioned. In contrast to device 10 from the 1 and 2nd is the contact surface of the first wall 40 the in 12th shown device for contacting an airtight with the first surface 21st connectable or connected first hold-down device 11 set up. It can be seen that the first hold-down device 11 supported by that on the first surface 21st adjacent sealing elements 42 already airtight with this first surface 21st connected is. The same applies to the second hold-down device 16 and the second surface 22 .

Die Anlagefläche der ersten Wandung 40 wird nun mittels der daran angeordneten Dichtelemente 42 luftdicht mit der der ersten Oberfläche 21 abgewandten Oberfläche des ersten Niederhalters 11 verbunden; selbiges gilt für die Anlagefläche der zweiten Wandung 41 des unten dargestellten Teils der Vorrichtung. Dies erfolgt mittels translatorischer Bewegungen 70 des oberen sowie des unteren Vorrichtungsteils in Bezug zum zwischen den Niederhaltern 11, 16 fixierten Bauteilstapel.The contact surface of the first wall 40 is now by means of the sealing elements arranged thereon 42 airtight with that of the first surface 21st facing away surface of the first hold-down 11 connected; the same applies to the contact surface of the second wall 41 of the part of the device shown below. This is done using translatory movements 70 the upper and the lower part of the device in relation to between the hold-down devices 11 , 16 fixed component stack.

Dabei werden jeweilige Durchgangsöffnungen 44 des ersten Niederhalters 11 von der Durchgangsöffnung 45 der ersten Wandung 40 überlagert, sodass in den optisch durchlässigen Bereich 50 der ersten Wandung 40 eingekoppelte Laserstrahlung (hier nicht dargestellt) durch die Durchgangsöffnungen 45 und 44 auf die erste Oberfläche 21 gelangen kann.The respective through openings 44 of the first hold-down 11 from the through opening 45 the first wall 40 superimposed so that in the optically permeable area 50 the first wall 40 coupled laser radiation (not shown here) through the through openings 45 and 44 on the first surface 21st can reach.

13 zeigt den Zustand nach erfolgter Bewegung 70, in welchem die Vorrichtung 10 zum erfindungsgemäßen Schweißen eingerichtet ist. Dies ist in 14 dargestellt. Aus der Lasereinheit 30 ausgegebene Laserstrahlung 31 wird durch die oben beschriebenen Durchgangsöffnungen auf die erste Oberfläche 21 des Bauteils 23 gerichtet, sodass die Schweißnähte 60 hergestellt werden. 13 shows the state after movement 70 in which the device 10 is set up for welding according to the invention. This is in 14 shown. From the laser unit 30th output laser radiation 31 through the through openings described above onto the first surface 21st of the component 23 directed so that the welds 60 getting produced.

Es zeigt sich, dass die Position der Niederhalter 11, 16 in Bezug zu den Bauteilen 23, 24, 25 zwischen den 8 und 14 unverändert ist, sodass keinerlei Abweichungen der relativen Positionen der Bauteile 23, 24, 25 bzw. der Niederhalter 11, 16 auftreten.It shows that the position of the hold-down device 11 , 16 in relation to the components 23 , 24th , 25th between 8th and 14 is unchanged, so there are no deviations in the relative positions of the components 23 , 24th , 25th or the hold-down device 11 , 16 occur.

Nach erfolgter schweißtechnischer Verbindung der Bauteile 23, 24, 25 mittels der Schweißnähte 60 unter Herstellung des Bauteilverbunds 28 wird dieser in einem weiteren Verfahrensschritt als ein die erste Oberfläche 21 aufweisendes Bauteil 23 mit einem weiteren Bauteil 25, nämlich dem Ableiter bzw. Stromkollektor, verbunden. Dazu erfolgt die Entfernung der zweiten Wandung 41 sowie des zweiten Niederhalters 16, die Anordnung des Bauteils 25 unterhalb des Bauteilverbunds 28, wie in 15 dargestellt, die erneute Anordnung des zweiten Niederhalters 16 unterhalb des Bauteils 25 sowie die translatorische Bewegung 70 des Bauteils 25 sowie des zweiten Niederhalters 16 zum Ausüben jeweiliger Niederhaltekräfte auf die Bauteile 23, 25 mittels der Niederhalter 11, 16.After the components have been welded together 23 , 24th , 25th by means of the weld seams 60 under production of the component assembly 28 in a further process step, this is the first surface 21st having component 23 with another component 25th , namely the arrester or current collector. To do this, the second wall is removed 41 and the second hold-down 16 , the arrangement of the component 25th below the component group 28 , as in 15 shown, the re-arrangement of the second hold-down 16 below the component 25th as well as the translational movement 70 of the component 25th and the second hold-down 16 to exert respective hold-down forces on the components 23 , 25th by means of the hold-down device 11 , 16 .

Anschließend erfolgt, wie in 16 dargestellt, die Anordnung des oberen sowie des unteren Vorrichtungsteils analog zu dem in 12 gezeigten und, wie in 17 dargestellt, die Herstellung jeweiliger Schweißnähte 60 zur schweißtechnischen Verbindung der Bauteile 23 und 25 zur Herstellung eines beide Bauteile umfassenden Bauteilverbunds 28. Es ist ersichtlich, dass zwei separate Schweißungen durchgeführt werden, wie in den 14 und 17 dargestellt. Dies ermöglicht die Einstellung jeweilig optimaler Schweißparameter, da die Dicken der jeweilig zu fügenden Bauteile in 14 etwa 10 µm betragen, während der auf diese Weise hergestellte und mit dem Ableiter schweißtechnisch zu verbindende Bauteilverbund 28, sie 15, eine Dicke zwischen 0,2 mm und 0,5 mm aufweist.Then, as in 16 shown, the arrangement of the upper and the lower part of the device analogous to that in 12th shown and as in 17th shown, the production of respective welds 60 for welding connection of the components 23 and 25th for the production of a component composite comprising both components 28 . It can be seen that two separate welds are carried out, as in FIGS 14 and 17th shown. This enables the optimal welding parameters to be set because the thicknesses of the components to be joined in 14 amount to about 10 µm, while the component assembly produced in this way and to be welded to the arrester is connected 28 , you 15 , has a thickness between 0.2 mm and 0.5 mm.

18 zeigt eine alternative Ausführung des Verfahrensschritts Kompaktieren. Im Gegensatz zu der Darstellung in 4, in welcher Andruckelemente 54 aufweisende Niederhalter von beiden Seiten auf die zu kompaktierenden Bauteile 23, 24, 25 zubewegt und an diese angedrückt werden, erfolgt dies hier mittels separater Andruckelemente 54. Diese werden mittels translatorischer Bewegung 70 auf die erste Oberfläche 21 des Bauteils 23 sowie die zweite Oberfläche 22 des Bauteils 25 gedrückt und kompaktieren so die Bauteile 23, 24, 25. Die separaten Andruckelemente 54 können beispielsweise an einem Warenträger zum Transport der schweißtechnisch zu verbindenden Bauteile angeordnet sein, sodass eine einmalige Verspannung der Bauteile, beispielweise der Kontakte 26, über mehrere Verfahrensschritte aufrechterhalten werden kann und auf diese Weise eine relative Verschiebung der Bauteile zueinander verhindert wird. 18th shows an alternative embodiment of the process step compacting. Contrary to the representation in 4th in which pressure elements 54 having hold-down devices from both sides the components to be compacted 23 , 24th , 25th moved and pressed against this, this is done here by means of separate pressure elements 54 . These are done by means of translational movement 70 on the first surface 21st of the component 23 as well as the second surface 22 of the component 25th pressed and compact the components 23 , 24th , 25th . The separate pressure elements 54 can, for example, be arranged on a goods carrier for transporting the components to be connected by welding, so that the components, for example the contacts, are braced once 26 , can be maintained over several process steps and in this way a relative displacement of the components to one another is prevented.

Für den anschließenden Verfahrensschritt Schneiden, der analog zu den 9 bis 11 durchgeführt wird, werden in dieser Ausgestaltung separate Druckplatten 68 an die erste Oberfläche 21 sowie die zweite Oberfläche 22 angelegt, um eine Fixierung des erzeugten Bauteilstapels während der Bearbeitung mit dem Schneidwerkzeug 64 zu erreichen.For the subsequent process step cutting, which is analogous to the 9 to 11 is carried out in this embodiment, separate printing plates 68 to the first surface 21st as well as the second surface 22 created to fix the generated component stack during processing with the cutting tool 64 to reach.

In 20 ist die Anordnung des ersten Niederhalters 11 sowie des zweiten Niederhalters 16 mittels jeweiliger translatorischer Bewegungen 70 dargestellt, um den Schweißprozess vorzubereiten, der analog zu den 12 bis 14 realisiert werden kann. Im Anschluss kann analog zu den 15 bis 17 der hergestellte Bauteilverbund schweißtechnisch mit einem weiteren Bauteil verbunden werden.In 20 is the arrangement of the first hold-down device 11 and the second hold-down 16 by means of respective translatory movements 70 shown to prepare the welding process, which is analogous to that 12th to 14 can be realized. Subsequently, analog to the 15 to 17th the component assembly produced is welded to another component.

Alternativ dazu können die schweißtechnische Verbindung der Kontakte 26 untereinander sowie die schweißtechnische Verbindung der Kontakte 26 mit einem zusätzlichen Bauteil 24, nämlich einem Ableiter, in einem zeitökonomischen einzigen Schweißverfahren realisiert werden, wie es in den 21 bis 23 dargestellt ist.Alternatively, the welding connection of the contacts 26 with each other and the welding connection of the contacts 26 with an additional component 24th , namely an arrester, can be realized in a time-economical, single welding process, as described in the 21st to 23 is shown.

Es ist ersichtlich, dass im Gegensatz zu der in den 15 bis 17 dargestellten Ausgestaltung der Vorrichtung während dieser Verfahrensschritte die separaten Andruckelemente 54 an den Oberflächen 21 und 22 des Bauteilstapels 29 verbleiben können und auf diese Weise die einzelnen Bauteile im Bauteilstapel 29, nämlich die Kontakte 26, in Bezug zueinander dauerhaft fixiert sind. Dies ermöglicht das Lösen der Niederhalter 11, 16 von den jeweiligen Oberflächen 21, 22 zwecks Anordnung des Bauteils 24 am Bauteilstapel 29, der die noch nicht schweißtechnisch miteinander verbundenen Kontakte 26 umfasst, wie es in 21 dargestellt ist.It can be seen that in contrast to that in the 15 to 17th shown embodiment of the device during these process steps, the separate pressure elements 54 on the surfaces 21st and 22 of the component stack 29 can remain and in this way the individual components in the component stack 29 , namely the contacts 26 , are permanently fixed in relation to each other. This enables the hold-down device to be released 11 , 16 from the respective surfaces 21st , 22 to arrange the component 24th on the component stack 29 which are the contacts not yet connected by welding 26 includes as it is in 21st is shown.

Die 22 und 23 zeigen analog zu den 16 und 17 die Herstellung der schweißtechnischen Verbindung zwischen dem Bauteilstapel aus den Kontakten und dem Ableiter mit den Unterschieden, dass die hier gezeigte Schweißung einerseits die erste durchgeführte Schweißung ist, bei welcher die Verbindung der Kontakte untereinander sowie die Verbindung der Kontakte mit dem Ableiter in einem Schritt erfolgen, sowie dass, wie oben beschrieben, zusätzlich zu den Niederhaltern 11, 16 die Andruckelemente 54 die zu verbindenden Kontakte im Bauteilstapel fixieren.The 22 and 23 show analogous to the 16 and 17th the production of the welding connection between the stack of components from the contacts and the arrester, with the differences that the welding shown here is, on the one hand, the first welding carried out, in which the connection of the contacts to one another and the connection of the contacts to the arrester take place in one step, and that, as described above, in addition to the hold-downs 11 , 16 the pressure elements 54 fix the contacts to be connected in the component stack.

24 zeigt eine weitere Alternative des Verfahrensschritts Kompaktieren, in welchem analog zu 4 oberhalb des Bauteilstapels ein erster Niederhalter 11 angeordnet ist, während analog zu den 18 und 19 unterhalb des Bauteilstapels ein separates Andruckelement 54 sowie eine Druckplatte angeordnet sind. Im Gegensatz zu der in 19 dargestellten Ausgestaltung ist die Druckplatte allerdings als zweiter Niederhalter 16 ausgestaltet und es weisen beide Niederhalter 11, 16 jeweilige Schneideöffnungen 63 auf. 24th shows a further alternative of the method step compacting, in which analog to 4th a first hold-down device above the component stack 11 is arranged while analogous to the 18th and 19th a separate pressure element below the component stack 54 and a pressure plate are arranged. In contrast to that in 19th illustrated embodiment, the pressure plate is, however, as a second hold-down device 16 designed and have both hold-downs 11 , 16 respective cutting openings 63 on.

Eine alternative Ausführungsform dieses Verfahrensschritts unter Nutzung derselben Vorrichtungselemente ist in 25 angegeben, bei welcher im Gegensatz zu der lediglich translatorischen Bewegung 70 aus 24 der obere erste Niederhalter 11 analog zu 5 eine kombinierte translatorische Bewegung 70 und rotatorische Bewegung 72 ausführt. Auch hier weisen beide Niederhalter 11, 16 jeweilige Schneideöffnungen 63 auf.An alternative embodiment of this method step using the same device elements is shown in FIG 25th specified, in contrast to the only translational movement 70 out 24th the upper first hold-down 11 analogous to 5 a combined translational movement 70 and rotary motion 72 executes. Here, too, both hold downs 11 , 16 respective cutting openings 63 on.

Der Verfahrensschritt Schneiden, der auch im Anschluss an ein gemäß den 24 oder 25 durchgeführtes Kompaktieren notwendig ist, ist nicht separat dargestellt. In diesem dienen die Schneidöffnungen 63 als Durchgangsöffnungen zur Durchführung eines Schneidwerkzeugs, sodass die rechts und links der jeweiligen Schneidöffnungen 63 angeordneten Bereiche der jeweiligen Niederhalter 11, 16 als jeweilige Fixierungseinrichtungen bzw. Gegenlager dienen und auf diese Weise einen besonders exakten und reproduzierbaren Schneidprozess ermöglichen.The process step cutting, which also follows a according to the 24th or 25th performed compacting is not shown separately. The cutting openings serve in this 63 as through openings for carrying out a cutting tool, so that the right and left of the respective cutting openings 63 arranged areas of the respective hold-down devices 11 , 16 serve as respective fixation devices or counter bearings and in this way enable a particularly exact and reproducible cutting process.

26 zeigt eine weitere Alternative des zweiten Niederhalters 16, welcher ein Anschlagelement 56 aufweist, mit welchem die Position des Bauteils 25, des Ableiters, definiert wird. In 27 ist analog zu 23 die Herstellung der Schweißnähte 60 zur schweißtechnischen Verbindung der Bauteile 23, 25 dargestellt. 26 shows another alternative of the second hold-down 16 which is a stop element 56 with which the position of the component 25th , of the arrester. In 27 is analogous to 23 the production of the welds 60 for welding connection of the components 23 , 25th shown.

Eine besonders einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrensschritts ist in den 28 bis 30 dargestellt. Die jeweiligen Ansaugöffnungen 12, 17 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt. Da hier keine elektrischen Kontakte von Batteriezellen miteinander verbunden werden sondern schweißtechnische Verbindungen größerer Bauteile 23, 25, wie z.B. Ableiter und/oder Stromsammlerschienen, hergestellt werden ist das zeitlich ununterbrochene flächige Zusammendrücken des Bauteils 23 hier nicht notwendig, insbesondere bei der Verschweißung von Batterieableitern auf eine Stromsammlerschiene oder miteinander.A particularly simple embodiment of the device according to the invention when carrying out a method step according to the invention is shown in FIGS 28 to 30th shown. The respective intake openings 12th , 17th are not shown here for reasons of clarity. Because here no electrical contacts of battery cells are connected to each other welding connections of larger components 23 , 25th , such as arresters and / or busbars, is the continuous uninterrupted surface compression of the component 23 not necessary here, especially when welding battery arresters to a current collector rail or to each other.

Die Bauteile 23 und 25 werden in Bezug zueinander positioniert und es erfolgt eine translatorische Bewegung 70 der ersten Wandung 40 sowie der zweiten Wandung 41 zur Vorbereitung des in 29 dargestellten Schweißprozesses. Auch hier wird an den Auftrittspunkt 35 sowie an den gegenüberliegenden Punkt 36 der zweiten Oberfläche 22 ein Unterdruck angelegt. Jeweilige Bereiche der ersten bzw. zweiten Wandung 40, 41 sind als Niederhalter ausgestaltet und drücken die Bauteile 23, 25 während des Schweißens aneinander. Jeweilige Anlageflächen liegen dabei an der ersten Oberfläche 21 und der zweiten Oberfläche 22 an, wobei jeweilige Dichtelemente 42 die luftdichte Abdichtung des ersten räumlichen Bereichs 13 sowie des zweiten räumlichen Bereichs 18 gewährleisten. 30 zeigt eine um 90° gedrehte Ansicht der 29.The components 23 and 25th are positioned in relation to each other and there is a translational movement 70 the first wall 40 and the second wall 41 to prepare the in 29 shown welding process. Here, too, is at the point of appearance 35 as well as at the opposite point 36 the second surface 22 a negative pressure is applied. Respective areas of the first or second wall 40 , 41 are designed as hold-down devices and press the components 23 , 25th while welding to each other. Respective contact surfaces lie on the first surface 21st and the second surface 22 on, with respective sealing elements 42 the airtight seal of the first spatial area 13 and the second spatial area 18th guarantee. 30th shows a view rotated by 90 ° of the 29 .

BezugszeichenlisteReference list

1010th
Vorrichtungcontraption
1111
Erster NiederhalterFirst hold-down
1212th
Erste AnsaugöffnungFirst suction opening
1313
Erster räumlicher BereichFirst spatial area
1616
Zweiter NiederhalterSecond hold-down
1717th
Zweite AnsaugöffnungSecond suction opening
1818th
Zweiter räumlicher BereichSecond spatial area
2121
Erste OberflächeFirst surface
2222
Zweite OberflächeSecond surface
2323
BauteilComponent
2424th
BauteilComponent
2525th
BauteilComponent
2626
KontaktContact
2828
BauteilverbundComponent group
2929
BauteilstapelComponent stack
3030th
LasereinheitLaser unit
3131
LaserstrahlungLaser radiation
3232
StrahlungsbereichRadiation area
3535
AuftrittspunktAppearance point
3636
PunktPoint
4040
Erste WandungFirst wall
4141
Zweite WandungSecond wall
4242
DichtelementSealing element
4444
DurchgangsöffnungThrough opening
4545
DurchgangsöffnungThrough opening
4646
StrömungsleitelementFlow control element
4747
AnschlussöffnungConnection opening
4848
GasauslassGas outlet
4949
StrömungsvolumenFlow volume
5050
Optisch Durchlässiges ElementOptically permeable element
5252
BearbeitungskopfMachining head
5454
AndruckelementPressure element
5656
AnschlagelementStop element
6060
SchweißungWeld
6262
Stapelstack
6363
SchneideöffnungCutting opening
6464
SchneidwerkzeugCutting tool
6565
SchnittebeneCutting plane
6666
UmformbereichForming area
6868
Druckplatteprinting plate
7070
Translatorische BewegungTranslational movement
7272
Rotatorische BewegungRotatory movement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mittels Laserschweißen, bei dem eine Lasereinheit (30) Laserstrahlung (31) emittiert und wenigstens ein Element der Lasereinheit (30) bewegt wird, sodass Laserstrahlung (31) an unterschiedlichen Auftrittspunkten (35) auf eine erste Oberfläche (21) wenigstens eines von wenigstens zwei schweißtechnisch zu verbindenden Bauteilen (23, 24, 25) auftrifft und das Bauteil (23) an den Auftrittspunkten (35) zwecks Verbindung der Bauteile (23, 24, 25) zumindest bereichsweise schmilzt, wobei in einem ersten räumlichen Bereich (13) um einen jeweiligen Auftrittspunkt (35) ein Unterdruck erzeugt wird, wobei der erste räumliche Bereich (13) bereichsweise durch die erste Oberfläche (21) begrenzt wird.Method for producing a component assembly (28) by means of laser welding, in which a laser unit (30) emits laser radiation (31) and at least one element of the laser unit (30) is moved, so that laser radiation (31) is applied to a first surface at different points of occurrence (35) (21) at least one of at least two components (23, 24, 25) to be connected by welding strikes and the component (23) at the points of occurrence (35) for the purpose of connecting the components (23, 24, 25) melts at least in regions, in one a negative pressure is generated around a respective point of occurrence (35) in the first spatial region (13), the first spatial region (13) being delimited in regions by the first surface (21). Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mittels Laserschweißen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wandung (40) zur bereichsweisen Begrenzung des ersten räumlichen Bereichs (13) eine Durchgangsöffnung (45) aufweist, durch welche die Laserstrahlung (31) auf die Auftrittspunkte (35) gerichtet wird, und/oder dass ein luftdicht mit der ersten Oberfläche (21) verbundener erster Niederhalter (11) zur Ausübung einer Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche (21) eine Durchgangsöffnung (44) aufweist, wobei - eine Fläche der Durchgangsöffnung (44, 45) maximal durch die Außenkontur der ersten Oberfläche (21) begrenzt ist, insbesondere höchstens 1,3 mal und insbesondere höchstens 1,15 mal so groß ist wie eine die Kontur der herzustellenden Schweißung (60) begrenzende Fläche , und/oder - die Durchgangsöffnung (44, 45) hinsichtlich ihres Querschnitts komplementär zur Form der herzustellenden Schweißung (60) ausgestaltet ist.Method for producing a component assembly (28) by means of laser welding Claim 1 , characterized in that a first wall (40) for area-by-area delimitation of the first spatial area (13) has a through opening (45) through which the laser radiation (31) is directed onto the points of occurrence (35), and / or that an airtight one First hold-down device (11) connected to the first surface (21) for exerting a hold-down force on the first surface (21) has a through opening (44), wherein - one surface of the through opening (44, 45) maximally through the outer contour of the first surface ( 21) is limited, in particular at most 1.3 times and in particular at most 1.15 times as large as a surface delimiting the contour of the weld (60) to be produced, and / or - the through opening (44, 45) is complementary in cross section to Shape of the weld (60) to be produced is designed. Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mittels Laserschweißen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem zweiten räumlichen Bereich (18) um einen einem jeweiligen Auftrittspunkt (35) gegenüberliegenden und von diesem abgewandten Punkt (36) einer der ersten Oberfläche (21) gegenüberliegenden und von dieser abgewandten zweiten Oberfläche (22) wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile (23, 24, 25) ein Unterdruck erzeugt wird, wobei der zweite räumliche Bereich (18) bereichsweise durch die zweite Oberfläche (22) begrenzt wird, und/oder - ein zweiter Niederhalter (16) eine einer ersten Niederhaltekraft eines ersten Niederhalters (11) auf die erste Oberfläche (21) entgegengesetzt wirkende zweite Niederhaltekraft auf eine der ersten Oberfläche (21) gegenüberliegende und von dieser abgewandte zweite Oberfläche (22) wenigstens eines der zu verbindenden Bauteile ausübt.Method for producing a component assembly (28) by means of laser welding according to one of the preceding claims, characterized in that - in a second spatial area (18) around a point (36) opposite a respective point of occurrence (35) and facing away from it, one of the first surface (21) opposite and facing away from this second surface (22) of at least one of the components (23, 24, 25) to be connected, a negative pressure is generated, the second spatial region (18) being delimited in regions by the second surface (22), and / or - a second hold-down device (16) has a second hold-down force acting counter to a first hold-down force of a first hold-down device (11) on the first surface (21) on a second surface (22) opposite and facing away from the first surface (21) exercises one of the components to be connected. Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mittels Laserschweißen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung (31) eine Wellenlänge zwischen 450 nm und 600 nm, insbesondere zwischen 400 und 500 nm oder zwischen 500 nm und 550 nm, aufweist.Method for producing a component assembly (28) by means of laser welding according to one of the preceding claims, characterized in that the laser radiation (31) has a wavelength between 450 nm and 600 nm, in particular between 400 and 500 nm or between 500 nm and 550 nm. Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mittels Laserschweißen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kombinierte Laserstrahlung (31) mit einer ersten Wellenlänge zwischen 450 nm und 600 nm, insbesondere zwischen 500 nm und 550 nm, und einer zweiten Wellenlänge zwischen 950 nm und 1150 nm, insbesondere zwischen 950 nm und 1100 nm, sequentiell oder gleichzeitig genutzt wird.Method for producing a component assembly (28) by means of laser welding according to one of the preceding claims, characterized in that combined laser radiation (31) with a first wavelength between 450 nm and 600 nm, in particular between 500 nm and 550 nm, and a second wavelength between 950 nm and 1150 nm, in particular between 950 nm and 1100 nm, is used sequentially or simultaneously. Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mittels Laserschweißen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Abschnitt zwischen der Lasereinheit (30) oder einem optisch durchlässigen Element (50) zum Durchleiten der Laserstrahlung (31) einerseits und wenigstens einem Auftrittspunkt (35) auf der ersten Oberfläche (21) andererseits ein der Emissionsrichtung der Laserstrahlung (31) im Wesentlichen gleichgerichtet strömender Gasstrom realisiert wird, sodass beim Auftreffen der Laserstrahlung (31) freigesetzte Tropfen bzw. Partikel daran gehindert werden, entgegen der Strömungsrichtung des Gasstroms zur Lasereinheit (30) bzw. zum optisch durchlässigen Element (50) zu gelangen.Method for producing a component assembly (28) by means of laser welding according to one of the preceding claims, characterized in that at least in a section between the laser unit (30) or an optically transparent element (50) for passing the laser radiation (31) on the one hand and at least one point of occurrence (35) on the first surface (21), on the other hand, a gas stream flowing essentially in the same direction as the emission direction of the laser radiation (31) is realized, so that when the laser radiation (31) strikes, released drops or particles are prevented from moving against the direction of flow of the gas stream Laser unit (30) or to reach the optically transparent element (50). Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-6, umfassend - eine Lasereinheit (30) zur Emission von Laserstrahlung (31), wobei die Lasereinheit (30) wenigstens ein bewegliches Element aufweist und dazu eingerichtet ist, mittels Bewegung des beweglichen Elements zum bereichsweisen Schmelzen wenigstens eines von wenigstens zwei schweißtechnisch zu verbindenden Bauteilen (23, 24, 25) an unterschiedlichen Auftrittspunkten (35) auf eine erste Oberfläche (21) des Bauteils (23) zwecks schweißtechnischer Verbindung der Bauteile (23, 24, 25) an den Auftrittspunkten (35) Laserstrahlung (31) auf die Auftrittspunkte (35) zu richten ist, sowie - eine erste Wandung (40) zur teilweisen Begrenzung eines ersten räumlichen Bereichs (13) um einen jeweiligen Auftrittspunkt (35), wobei die erste Wandung (40) eine erste Ansaugöffnung (12) zur Erzeugung eines Unterdrucks im ersten räumlichen Bereich (13) aufweist, wobei die erste Wandung (40) eine Anlagefläche zur Anlage an die erste Oberfläche (21) oder an einen luftdicht mit der ersten Oberfläche (21) verbindbaren ersten Niederhalter (11) aufweist, sodass im anliegenden Zustand der Anlagefläche an der ersten Oberfläche (21) bzw. an dem ersten Niederhalter (11) der erste räumliche Bereich (13) bereichsweise durch die erste Oberfläche (21) begrenzt ist und im ersten räumlichen Bereich (13) ein Unterdruck erzeugbar ist, wobei an der Anlagefläche insbesondere ein Dichtelement (42) zur Abdichtung gegenüber der ersten Oberfläche (21) bzw. gegenüber dem ersten Niederhalter (11) angeordnet ist.Device (10) for producing a component assembly (28) with the method according to one of the Claims 1 - 6 , comprising - a laser unit (30) for emitting laser radiation (31), the laser unit (30) having at least one movable element and being set up to move at least one of at least two components to be joined by welding to move the movable element 23, 24, 25) at different points of occurrence (35) onto a first surface (21) of the component (23) for the purpose of welding connection of the components (23, 24, 25) at the points of occurrence (35) laser radiation (31) onto the points of occurrence ( 35) is to be straightened, and - a first wall (40) for partially delimiting a first spatial area (13) around a respective point of occurrence (35), the first wall (40) having a first suction opening (12) for generating a negative pressure in the First spatial area (13), the first wall (40) having a contact surface for contacting the first surface (21) or an airtight with the first surface (21) Connectable first hold-down device (11), so that in the adjacent state of the contact surface on the first Surface (21) or on the first hold-down device (11) the first spatial area (13) is limited in some areas by the first surface (21) and a negative pressure can be generated in the first spatial area (13), a sealing element in particular on the contact surface (42) for sealing against the first surface (21) or against the first hold-down device (11) is arranged. Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche der ersten Wandung (40) als erster Niederhalter (11) zur Ausübung einer Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche (21) eingerichtet ist oder dass die Vorrichtung (10) einen von der ersten Wandung (40) separaten und mit dieser luftdicht verbindbaren ersten Niederhalter (11) zur Ausübung einer ersten Niederhaltekraft auf die erste Oberfläche (21) umfasst, wobei im Falle eines separaten ersten Niederhalters (11) an diesem insbesondere ein Dichtelement (42) zur Abdichtung gegenüber der ersten Oberfläche (21) angeordnet ist.Device (10) for producing a component assembly (28) according to Claim 7 , characterized in that the contact surface of the first wall (40) is designed as a first hold-down device (11) for exerting a hold-down force on the first surface (21) or that the device (10) has a separate and with the first wall (40) this comprises an airtight connectable first hold-down device (11) for exerting a first hold-down force on the first surface (21), in the case of a separate first hold-down device (11) in particular a sealing element (42) for sealing against the first surface (21) is. Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Bauteilverbunds (28) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Niederhalter (11) und/oder die erste Wandung (40) wenigstens eine und insbesondere mehrere Durchgangsöffnungen (44, 45) aufweist, durch welche die Laserstrahlung (31) auf die Auftrittspunkte (35) richtbar ist.Device (10) for producing a component assembly (28) according to Claim 8 , characterized in that the first hold-down device (11) and / or the first wall (40) has at least one and in particular a plurality of through openings (44, 45) through which the laser radiation (31) can be directed onto the points of occurrence (35). Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, umfassend wenigstens einen mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-6 und/oder mit der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7-9 hergestellten Bauteilverbund (28), wobei der Bauteilverbund (28) insbesondere elektrische Kontakte einer Batteriezelle umfasst.Motor vehicle, in particular a passenger car, comprising at least one using the method according to one of the Claims 1 - 6 and / or with the device according to one of the Claims 7 - 9 Component assembly (28) produced, the component assembly (28) in particular comprising electrical contacts of a battery cell.
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