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Hybridtechnologie des BLZ vereint die Vorteile von zwei Verfahren

Mit Raffinesse zusammengeschweißt

Einfach durchzustehen ist ein Vorfall meist nicht, der zwei Partner so zusammenschweißt, dass sie einander zusichern: „Nichts kann uns trennen!“ Im wahrsten Sinn des Wortes zusammengeschweißt werden große Bauteile, beispielsweise solche, die zu Stoßfängern zusammengefügt werden und dann die Wucht eines Aufpralls zumindest bei niedrigeren Geschwindigkeiten abfedern sollen. Das Bayerische Laserzentrum (BLZ) in Erlangen hat in Kooperation mit der LPKF AG ein neuartiges Schweißverfahren entwickelt, das zwei Fliegen mit einer Klappe schlägt. Die beiden Geschäftsführer des BLZ, Prof. Dr. Manfred Geiger (zugleich Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungstechnologie der Universität Erlangen-Nürnberg) und Dr. Michael Schmidt forcieren bereits seit einigen Jahren die anwendungsorientierte Forschung zur Laserstrahlbearbeitung von Kunststoffen. Den sogenannten Hybridschweißprozess konnte die Fachöffentlichkeit im Juni 2005 bei der Sonderschau „Photons in Production“ auf der Messe LASER 2005 - World of Photonics erstmals kennenlernen.

Das herkömmliche Laserstrahl-Kunststoffschweißen wird in der industriellen Fertigung derzeit in erster Linie für zweidimensionale, also ebene Bauteile mit kleinen Abmessungen angewandt. Besonders in der Automobilindustrie werden aber vermehrt großflächige dreidimensionale Kunststoffbauteile eingesetzt, für die eine geeignete Fügetechnologie gefunden werden muss. Konventionelle Schweißverfahren, einschließlich Laserstrahlschweißen, eignen sich nur bedingt für große Bauteile wie Rückleuchten oder Stoßfänger von Automobilen. Durch Laserstrahlschweißen können nur in eingeschränktem Maße Fügespalte überbrückt werden, die insbesondere beim Spannen großflächiger dreidimensionaler Bauteile vermehrt auftreten.

Spannung wird gemindert
Das Hybridschweißen beginnt mit einer Vorwärmphase. Einfache Heizstrahler genügen, um das obere Kunststoffteil in seinem gesamten Volumen zu erwärmen. Dadurch sinkt die Streckspannung im Kunststoff, so dass das Material dehnbarer wird und weniger anfällig für Risse ist. Der späteren Schweißzone wird dabei nur so viel Wärme zugeführt, dass die Schmelztemperatur noch nicht erreicht wird. Erst der zusätzliche Diodenlaserstrahl „erweicht“ die Kontur direkt an den Nahtstellen und sorgt für eine schmale und stabile Verbindung. Vorgewärmte Bauteile benötigen zum Verschmelzen nur einen Bruchteil der Laserleistung, die sonst beim Laserstrahl-Kunststoffschweißen notwendig ist. In Verbindung mit geeigneten Spannmitteln und vergleichsweise niedrigen Spanndrücken kann so ein verbesserter thermischer Kontakt zwischen den Fügepartnern erreicht werden.

Als Hybridtechnologie wird das Verfahren bezeichnet, weil es - ganz wie eine aus zwei Sorten gezüchtete, besonders prächtige Blütenpflanze - die besten Eigenschaften zweier Vorgängergenerationen in sich vereint. Es verbindet die Vorteile des Laserstrahlschweißens in Durchstrahltechnik mit denen des Heizstrahlerschweißens. Außerdem braucht das Hybridschweißen keine menschlichen Anwender: es kann von Robotern erlernt werden. Auch große Kunststoffteile können demnach nun in einem automatisierten Prozess schnell und ökonomisch zusammengeschweißt werden - um sich möglichst lange nicht mehr zu trennen.

Im Internet sind weitere Informationen zum Bayerischen Laserzentrum unter der URL www.blz.org zu finden. Die Projekte des Lehrstuhls für Fertigungstechnologie sind unter www.lft.uni-erlangen.de/SEITEN/HTML/index_proj.shtml aufgelistet.

Weitere Informationen

Dr. Michael Schmidt
Bayerisches Laserzentrum
Konrad-Zuse-Str. 2-6
91052 Erlangen
m.schmidt@blz.org

PD Dr. Andreas Otto
Lehrstuhl für Fertigungstechnologie
Tel.: 09131/85-23 240
otto@lft.uni-erlangen.de

Dipl.-Ing. Thomas Frick
Bayerisches Laserzentrum
Konrad-Zuse-Str. 2-6
91052 Erlangen
Tel: 09131/97790-28
t.frick@blz.org

 

Mediendienst Forschung-Aktuell Nr.756 vom 13.09.2005