Laserschweißzelle adé

Werden Bauteile per Laser verschweißt, entstehen giftiger Schweiß­rauch und Schweiß­spritzer. Letztere können sowohl zur Ver­schmut­zung der Bau­teil­ober­fläche führen, als auch die Lebens­dauer des Schutz­glases der Laser­schweiß­optik redu­zieren. Außer­dem wird Strahlung emit­tiert, die für Haut und Augen gefähr­lich ist. Abhilfe schafft man in der Industrie bis­lang, indem die Laser­schweiß­anlagen in herme­tisch geschlos­senen Räumen unter­ge­bracht werden, den Laser­schweiß­zellen. Um die Lebens­dauer des Schutz­glases zu erhöhen, werden Spritzer und Rauch bei her­kömm­lichen Systemen mit einem Luft­strahl, dem Crossjet, unter hohem Druck von der Schweiß­optik weg­ge­blasen und so im Raum ver­teilt. Der Rauch wird in der Regel durch groß­volumige Raum­luft­absau­gungen ent­fernt. Nach­teile dieses Vor­gehens sind ein enormer Energie­auf­wand für die Pneu­matik des Crossjets, ein schlechter Flächen­aus­nutzungs­grad in der Fabrik und Ver­schmut­zungen von Optik und Bau­teilen trotz der Blas­luft­reini­gung.

Wie es wesentlich effizienter und flexibler geht, zeigen das Fraun­hofer-IWU und die ThyssenKrupp System Engineering GmbH. Gemeinsam haben die Forschungs­partner eine Laser­schweiß­zange für den Karos­serie­bau ent­wickelt, die ohne Crossjet aus­kommt und die außer­halb von Laser­schweiß­zellen ein­setz­bar ist. Das jetzt auf der Inter­natio­nalen Zulieferer­börse in Wolfs­burg erst­mals präsen­tierte System ist so konzi­piert, dass Schweiß­rauch und Schweiß­spritzer abge­saugt werden, wo sie en­tstehen: direkt im Schmelz­bad. Die Besonder­heit besteht darin, dass nur ein Teil der Luft zur Absau­gung von Schweiß­spritzern und Rauch genutzt wird. Der andere Teil strömt unter­halb des Schutz­glases der Optik in Richtung Füge­stelle, was den Ver­zicht auf den pneu­ma­tisch betrie­benen Crossjet ermög­licht und die Ver­schmut­zung des Systems sowie der Werk­stück­ober­fläche redu­ziert. Zudem ver­hindert die geschlos­sene Bau­weise des Laser­schweiß­werk­zeugs im Zusammen­spiel mit den Spann­kufen, dass Laser­strahlung aus­tritt. Es wird ledig­lich diffuse Strahlung emit­tiert, die bei Ein­halten der üblichen Sicher­heits­abstände keine Gefahr für Augen oder Haut dar­stellt.

Darüber hinaus besitzt das neuartige Laserschweißwerkzeug Poten­zial für den auto­mobilen Leicht­bau, bei dem das Multi­material­design immer mehr an Bedeu­tung gewinnt: Hybride Kompo­nenten aus ver­schie­denen Werk­stoffen werden häufig mit Klebe­ver­bin­dungen gefügt. Da die meisten im Karos­serie­bau ein­ge­setzten Kleb­stoffe unter Wärme­ein­wirkung aus­härten, bietet sich zum Fixieren der geklebten Bau­teile das Laser­schweißen an. Mit dem von ThyssenKrupp System Engineering und Fraun­hofer-IWU ent­wickelten Werk­zeug lässt sich durch seinen Spann­mecha­nismus im Ver­gleich zum kon­ventio­nellen Laser­schweißen eine ein­heit­liche Kleb­stoff­dicke sicher­stellen. Zusätz­lich ent­wickelten die Wissen­schaftler eine Techno­logie zum Fügen von Misch­ver­bin­dungen, bei der mit Hilfe des Laser­strahls eine pin­artige Struktur aus Stahl im Aluminium­werk­stoff erzeugt wird, die sich dort mecha­nisch ver­ankert. Eine über­mäßige Durch­mischung der beiden Materi­alien wird dabei ver­mieden.

Fh.-IWU / RK