Trumpf: Aluminium mit Laser schweissen Dichte Schweissnähte für Sonnenenergie

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Mit Laser zu schweissen auf Anlagen von Trumpf erweist sich beim Experten für Gehäuse Cooolcase GmbH in Dresden als besonders zuverlässig und wirtschaftlich, um in grossen Serien gegen Feuchtigkeit dichte Aluminiumgehäuse für Wechselrichter der Solarbranche zu fertigen.

Wechselrichter wandeln Gleichstrom aus Photovoltaik-Zellen in Wechselstrom um und machen ihn damit überhaupt erst im Netz nutzbar. Die Apparate stehen üblicherweise im Freien und sind Wind und Wetter ausgesetzt. Daher ist es wichtig, dass die Gehäuse der Wechselrichter absolut dicht sind und keine Feuchtigkeit ins Innere lassen, wo die empfindliche Elektronik arbeitet. Metall-Umhausungen mit solch speziellen Anforderungen sind genau das, womit die Dresdner Cooolcase GmbH sich bestens auskennt. Zurzeit übernehmen Melinda Krusemark und ihr Bruder Marvin Michel von ihrem Vater das Steuer des Unternehmens. Denn nun steigen die beiden Jungunternehmer mit einer neuen Laserschweissmethode in die Solarbranche ein.

Dazu sagt Melinda Krusemark, Leiterin Vertrieb und Marketing: «Wir hätten nie damit gerechnet, mit dieser Technik so erfolgreich zu werden.» Sie meint die Fertigung von Aluminiumgehäusen für Wechselrichter durch Laserschweissen.

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Studie zeigt wirtschaftliche Vorteile

Anhand einer Studie der RWTH Aachen wurde zuvor die Problematik beim Fertigen von Gehäusen für Wechselrichter deutlich. Gefragt war, wie sich dichte Aluminiumgehäuse am effizientesten herstellen lassen. Übliches Verfahren war anhin der Druckguss. Das ist funktional, aber verschwenderisch. Denn das Verfahren erfordert grosse Mengen Aluminium, weil die Wände produktionstechnisch bedingt unnötig dick werden. Das treibt die Kosten pro Gehäuse in die Höhe. Aus der Studie liess sich ableiten, dass Schweissen mit dem Laser wesentlich effizienter und wirtschaftlicher sein kann. Statt dickwandige Gehäuse zu giessen, solle man lieber dünne Aluminiumbleche zu Gehäusen fügen und schweissen.

Allerdings ist es schwierig, zu porösen Heissrissen neigende Aluminiumlegierungen zuverlässig dicht zu schweissen. Industrietaugliche Verfahren stehen erst jüngst zur Verfügung. Bisher beherrschen heute nur wenige Blechbearbeiter diese Technik. Der Hersteller der Wechselrichter hatte es zunächst schwer, einen geeigneten Lohnfertiger für seine Gehäuse zu finden.

Zufälliger Kontakt

Bei Recherchen zu kompetenten und qualifizierten Zulieferbetrieben stösst der Hersteller der Wechselrichter auf einige Beispiele, die dichtgeschweisste Gehäuse aus Aluminium zeigen. Ein kleiner Aufkleber zeigt den Namen «Cooolcase». Die Dresdener Gehäusebauer hatten zuvor in Verbindung mit dem Maschinenhersteller Trumpf einige Schweissproben erstellt. Aus diesem Zusammenhang ergab sich, dass der Hersteller der Wechselrichter das Dresdener Unternehmen zu einem Angebot aufforderte. Dazu erläutert Melinda Krusemark: «Das kam unerwartet. Als kleines Unternehmen mit nur 85 Beschäftigten sind wir dafür eigentlich zu klein. Aber wir glauben an unsere Fähigkeiten.» Unternehmerisch und technologisch ergebe das auch absolut Sinn, erklärt Marvin Michel, Geschäftsführer der Cooolcase GmbH und fügt hinzu: «Solar-Wechselrichter haben gerade eine riesige Nachfrage. Und bei grossen Mengen werden die Stückkosten immer wichtiger. Darum lohnt sich das Laserschweissen. Im Vergleich zum Giessen kommen wir mit 50 Prozent weniger Werkstoff pro Gehäuse aus. Hinzu kommt, dass wir keine verschleissenden Werkzeuge benötigen.»

Verfahren individuell optimieren

Das vom Hersteller der Wechselrichter geforderte Gehäuse sieht zwar unspektakulär aus, ist allerdings nur schwierig zu schweissen. Deshalb arbeitet die Coool Case GmbH eng mit Experten bei Trumpf zusammen. Gemeinsam werden optimale Parameter und Schweissstrategien entwickelt. Die Experten entscheiden sich für die Laserschweissanlage «TruLaser Weld 5000».

Beim Laserschwissen erweisen sich Schweissnähte an den Seiten der Gehäuse und abgerundete Ecken als besonders fordernd. Geeignet ist schliesslich das Verfahren Wärmeleitungsschweissen. Es trägt nur wenig Energie in die Bauteile ein. Dazu berichtet Marvin Michel: «Sonst entstehen Heissrisse an den Schweissnähten, die somit undicht sind.» Zudem muss ein Versteifungsblech auf die Gehäuse aufgeschweisst werden. Dafür nutzt Coool Case Tiefschweissen auf den Laserschweissanlagen von Trumpf. Der Laser schweisst durch 2 mm dicke Aluminiumbleche durch. Somit sind die Schweissnähte dicht gegen Feuchtigkeit. Darüber hinaus ist ein Kühlkörper anzuschweissen. Dieser besteht aus einer schwierig schweissbaren Aluminiumlegierung. Sie verhält sich werkstofftechnisch völlig anders als die Bleche der Gehäuse. Sie ist besonders anfällig für Heissrisse. Darum werden die Kühlkörper auf der Anlage «TruLaser Weld 5000» mit Zusatzdraht im Verfahren «FusionLine» geschweisst.

Produktiv für grosse Serien

Der Spezialist für Gehäuse Cooolcase GmbH kann inzwischen auf der Laserschweissanlage dank raschem und flexiblem Wechsel zwischen den unterschiedlichen Laserschweissverfahren in grossen Serien Gehäuse für Wechselrichter schweissen. Täglich sind bis 100 Gehäuse realisierbar. Damit ist gewährleistet, dass das Unternehmen in Dresden in den kommenden Monaten und Jahren wirtschaftlich und effizient solche Gehäuse fertigen kann.

(kmu)

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