Fügetechnik

Fügen mittels Hybrid-Laserschweißen

| Autor / Redakteur: Martin Ortgies / Thomas Günnel

Fügeverfahren etwa bei Kfz-Rückleuchten sind hinsichtlich Maßhaltigkeit und Kosten oft stark eingeschränkt. Das Hybrid-Laserschweißen der Firma LPKF Laser & Electronics aus Erlangen soll das ändern.
Fügeverfahren etwa bei Kfz-Rückleuchten sind hinsichtlich Maßhaltigkeit und Kosten oft stark eingeschränkt. Das Hybrid-Laserschweißen der Firma LPKF Laser & Electronics aus Erlangen soll das ändern. (Foto: LPFK)

Fügeverfahren etwa bei Kfz-Rückleuchten beschränken das Design, sind oft nicht maßhaltig genug und für die industrielle Fertigung zu unflexibel und zu teuer. Abhilfe verspricht das Hybrid-Laserschweißen der Firma LPKF Laser & Electronics aus Erlangen.

Was mit dem Laserschweißen bei Kfz-Rückleuchten möglich ist, zeigte vor allem Hyundai: Beim Volumenmodell i40 ist die Rückleuchte geometrisch aufwendig in mehreren Richtungen geformt. Mit den vorhandenen Fügeverfahren ließen sich solch geometrisch flexibel gestaltete Rückleuchten bisher nicht zufriedenstellend realisieren. Auch die Normvorgabe eines unbeleuchteten Spalts von maximal 15 Millimetern zwischen den beiden Teilen einer zweigeteilten Rückleuchte war nicht einfach umsetzbar. Die größere geometrische Freiheit, steigende Anforderungen an die Maßhaltigkeit und eine höhere Qualität der Schweißnaht waren erst mit dem Laser-Hybridschweißverfahren TwinWeld3D möglich.

Deutlich geringere Stückkosten

Das von LPKF Laser & Electronics AG aus Erlangen patentierte Verfahren zeichnet sich durch hochwertige Nähte im Sichtbereich, partikelfreie Schweißung, flexible Konturenführung und reduzierte Stückkosten aus. Zur hohen optischen Qualität der Schweißnähte trägt der geringere Schmelzaustrieb bei. Der Schmelzweg beträgt lediglich 0,2 mm und ist softwareseitig um +/- 0,1 mm variierbar. Mit den sehr schmalen Schweißnähten lässt sich die Leuchtfläche bis in den Randbereich vergrößern. Der Laserschweißkopf ist dabei an einem Roboterarm montiert, der in allen drei Raumrichtungen sowie um drei Rotationsachsen beweglich ist. Das Verfahren eignet sich vor allem für große Bauteile, bei denen die Schweißnaht direkt sichtbar ist. Je nach Projekt sind damit laut Hersteller bis zu 50 Prozent geringere Stückkosten erreichbar.

Einsatz in der industriellen Fertigung

Sehr gut geeignet ist das System laut LPKF vor allem für die variantenreiche industrielle Fertigung, weil der Werkzeugwechsel sehr schnell erfolgen kann. Der Zyklus beträgt lediglich 30 Sekunden, und ein Heizelement zum Vorwärmen ist nicht erforderlich. Auch der nächste Prozessschritt, das sogenannte Tempern, kann in vielen Fällen vollständig entfallen, weil die Sekundärstrahlquelle die Spannungen in der Schweißnaht deutlich reduziert. Die Online-Prozesskontrolle des Hybridschweißens unterstützt außerdem 0-ppm-Ziele. Fehler lassen sich so schon bei ihrer Entstehung erkennen und verhindern oder korrigieren.

Qualitätskontrolle per Reflexionsdiagnostik

Die Prozessüberwachung dient außerdem dazu, den Produktionshergang zu dokumentieren. So lässt sich das geschweißte Bauteil rückverfolgen. Für die Qualitätskontrolle kommt die patentierte Reflexionsdiagnostik zum Einsatz. Sie basiert auf der Reflexion des auftreffenden Lichts einer Prüfstrahlung auf nicht geschweißte Grenzflächen. Der Bediener kann sich die Position des Fehlers sofort anzeigen lassen und prüfen. Dabei arbeitet das System so genau, dass Fehler bis zur Größe eines menschlichen Haars darstellbar sind.

Bei großen Bauteilen wie Rückleuchten, Panoramadächern, Kunststofftanks oder Frontscheinwerfern kommt das Hybridschweißen bereits zum Einsatz. Wo herkömmliche Verfahren die optische Qualität beim Fügen verändern, lässt sich das TwinWeld3D-Verfahren auch für das Schweißen großflächig lackierter Bauteile aus Kunststoff einsetzen. Stoßstangen, Blenden von A-, B- und C-Säulen, Innenverkleidungen oder Heckspoiler werden bereits so bearbeitet.

Artfremde Werkstoffe verbinden

Mit zunehmender Bedeutung des Leichtbaus und des Multimaterialmix steigt auch die Nachfrage nach einer Verbindung artfremder Werkstoffe, zum Beispiel Kunststoffe mit Aluminium oder Stahl. An dafür geeigneten Verfahren entwickelt LPKF nach eigener Aussage bereits seit längerer Zeit – aktuell befinden sich die Methoden auf dem Weg in die Serie.

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