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Aluminium-Druckgussteile mediendicht verschweißen

| Redakteur: Dorothee Quitter

Am Fraunhofer IWS wurde mit Remoweld Flex ein Laserschweißverfahren entwickelt, das Bauteile aus Aluminium-Druckguss mediendicht verschweißen kann.

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Die neue Technologie eignet sich besonders für Bauteile, die gegen Wasser und andere unerwünschte Umwelteinflüsse abgedichtet werden müssen. Dazu gehören bislang als nahezu unschweißbar geltende Gehäuse für elektrische und elektronische Bauteile.
Die neue Technologie eignet sich besonders für Bauteile, die gegen Wasser und andere unerwünschte Umwelteinflüsse abgedichtet werden müssen. Dazu gehören bislang als nahezu unschweißbar geltende Gehäuse für elektrische und elektronische Bauteile.
(Bild: Fraunhofer IWS)

An der Entwicklung der Remoweld-Flex-Technologie war neben dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS auch die Maschinenfabrik Arnold aus Ravensburg beteiligt. Das neue Verfahren empfiehlt sich überall dort, wo schwer schweißbare Materialien im Einsatz sind und Bauteile bisher nur mit ganz klassischen Mitteln – und teilweise noch per Hand – abzudichten sind. Ein Beispiel dafür ist die Elektro-autoproduktion. In diesen Fahrzeugen müssen Batterien und andere elektrische Steuergeräte gekühlt werden. Die Elektrik aber darf wiederum nicht mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, sonst entstehen Kurzschlüsse. Daher werden Steuergeräte oft durch Gehäuse aus leichtem Aluminium-Druckguss geschützt. Nach der Montage werden sie durch aufgeschraubte Deckel und Kunststoffdichtungen verkapselt. Das ist zwar umständlich, war bisher aber kaum anders zu lösen. Denn Aluminium-Druckguss ließ sich nicht zuverlässig genug wasserdicht verschweißen. Der Grund dafür sind gasgefüllte Hohlräume im Alu-Druckguss. Schneidet ein klassischer Laser diese Kavitäten an, ähnelt der Effekt einem abrupt geöffneten Luftballon: Das eingeschlossene Gas entweicht schlagartig aus dem Hohlraum und schleudert die flüssige Metallschmelze gleichzeitig heraus, die der Laser eben erzeugt hat. Erkaltet die Naht in diesem Zustand, bleiben Fehlstellen zurück. Durch solche kleinen Undichtheiten könnte letztlich Wasser die Elektrik erreichen.

Feiner Laserstrahl pendelt rasant über das Material

Die IWS-Entwickler haben einen Weg gefunden, wie sich Alugussteile trotzdem sicher und wasserdicht verschweißen lassen: In dem Remoweld-Flex-Arbeitskopf pendelt der Laserstrahl mit einem geringen Strahldurchmesser von nur etwa einem Zehntelmillimeter rasant über das Material. Vorstellen könne man sich dies wie den Einsatz einer Präzisionsnadel anstelle eines groben Brenners, erklärt Dirk Dittrich. Diese „Lichtnadel“ schwingt mehrere Tausend Mal pro Sekunde im Schmelzbad. Das ESL2-100 Modul, eine am Fraunhofer IWS entwickelte Systemtechnik um Laser-Scanner direkt in die Anlagensteuerung (SPS) einzubinden, steuert die Bewegung präzise und reaktionsschnell pendelnd entlang der gewünschten Konturen. Dabei entsteht eine sehr gleichmäßige und vor allem wasserdichte Schweißnaht. Möglich wird dies durch ein gut abgestimmtes Zusammenspiel von Laser-Scannern, Spiegeloptiken, Echtzeitsteuerungen und weiteren Systemkomponenten.

Wichtiger Schritt zu Industrie 4.0

Die Lasermodule sind flexibel erweiterbar. Sie lassen sich zum Beispiel mit Hochgeschwindigkeitskameras für die Echtzeitqualitätskontrolle koppeln. Auch erfasst die Anlage zahlreiche Sensordaten während des Schweißprozesses, die Hinweise auf Optimierungspotenziale geben können. Insofern ist die Remoweld-Flex-Technologie auch ein wichtiger Schritt hin zur Industrie 4.0.

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