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Laserschweißen Neuer Schweißkopf ermöglicht großflächiges Kunststofffügen

Von Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Bisher werden mittels Laserschweißverfahren schmale Schweißnähte an Kunststoffbauteilen erzeugt. Für großflächige Anbindungen hat das LZH nun zusammen mit sechs Partnern einen Schweißkopf mit neun einzeln ansteuerbaren Dioden entwickelt.

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Der neue Schweißprozess macht auch die großflächige Anbindungen von Kunststoff an Metall möglich, wie ein Türdemonstrator der Volkswagen AG zeigt.
Der neue Schweißprozess macht auch die großflächige Anbindungen von Kunststoff an Metall möglich, wie ein Türdemonstrator der Volkswagen AG zeigt.
(Bild: LZH)

Um Kunststoff über größere Anbindungsflächen zu fügen, ist ein großer Laserspot notwendig. Dieser kann jedoch Energie meist nur mit einer konstanten Intensitätsverteilung in das Werkstück einbringen. Nachteilig ist dies besonders bei Kurven: im äußeren Bereich der Kurve wird zu wenig, im inneren Bereich zu viel Energie eingebracht. Deshalb hat das Laserzentrum Hannover (LZH) zusammen mit vier KMU sowie mit zwei assoziierten Partnern im Projekt Multispot ein neues Verfahren mit einstellbarer Laserleistung entwickelt. Mit ihm sollen nicht nur große Flächen Kunststoff an Kunststoff sondern auch Kunststoff an Metall gefügt werden können.

Individuell einstellbare Laserleistung

Der neuartige Schweißkopf besteht aus neuen Dioden. Ihre Laserleistung kann unabhängig voneinander eingestellt werden.
Der neuartige Schweißkopf besteht aus neuen Dioden. Ihre Laserleistung kann unabhängig voneinander eingestellt werden.
(Bild: LZH)

Wie das LZH mitteilt, hat dafür die Neo Lase GmbH zusammen mit der Coherent Inc. eine Diodeneinheit mit neun einzeln ansteuerbaren Diodenstacks entwickelt. Dabei kann die Laserleistung der Spots unabhängig voneinander eingestellt werden. Mit einer speziell entwickelten Optik der Sill Optics GmbH & Co. KG ist es möglich, die Intensitätsverteilung anzupassen, heißt es. Damit lasse sich die Temperatur in der Schweißnaht je nach lokaler Dicke und Beschaffenheit des Materials sowie die Schweißnahtgeometrie einstellen. Die LMB Automation GmbH hat die Komponenten in einem Schweißkopf vereint. Weiter heißt es, dass die Entwicklung erst durch ein Messgerät der Primes GmbH, mit dem sich erstmalig multifokale Optiken vermessen lassen, möglich wurde.

Automatisierbarkeit des Prozesses gewährleistet

Den Prozess für den neuen Schweißkopf haben die Wissenschaftler des LZH entwickelt. Nach eigenen Angaben strukturieren sie das Metall für eine optimale Anbindung von Kunststoff an Metall vorab. Danach erhitzt der Schweißkopf das Metall so stark, dass über eine Wärmeleitung der Kunststoff aufschmilzt und sich fest mit dem Metall verbindet. Mit dem Prozess konnten erfolgreich Autotürelemente aus Kunststoff an einen metallenen Rahmen gefügt werden.

Wichtig für den Einsatz in der Serienproduktion im Automobilbau ist die Automatisierbarkeit des Prozesses. Dafür wurden laut LZH zusammen mit der LMB Automation GmbH Konzepte für den Einsatz des Schweißkopfs auf einem Roboterarm entwickelt und notwendige Software-Programme geschrieben. Dadurch könne das vorgegebene Laserleistungsprofil beim Verfahren des Roboterarms exakt eingehalten werden.

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