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O E M S U P P L I E R 2 015
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PRODUKTION UND LOGISTIK
Laser-Kunststoffschweißen
für sichere Verbindungen
© Carl Hanser Verlag GmbH & Co.KG, München, www.hanser-automotive.de; Nicht zur Verfügung in Intranet- u.Internet-Angeboten oder elektron. Verteilern
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Das Laser-Kunststoffschweißen hat in der Automotive-Branche längst einen guten
Namen. Der Laser schweißt Bauteile ohne mechanischen Stress, reduziert die Kosten für die Bauteilaufnahmen drastisch und steht für einen besonders sicheren
D
er Laserstrahl dringt durch den
oberen, lasertransparenten Fügepartner und schmilzt die
Schweißnaht im unteren Bauteil. Ein
geringer Anpressdruck bewirkt einen
Wärmetransfer in das obere Bauteil, so
dass die Schweißnaht auf beiden Seiten plastifiziert. Bei geschickter Prozessauslegung werden nach dem Abkühlen Schweißfaktoren nahe 1 erzielt.
Die Lasersysteme beherrschen zum
Beispiel Kontur- und Quasisimultanschweißen, aber auch exotischere Fügeverfahren wie das Laser-Heißver
stemmen. Die LPKF Laser & Electronics AG betreibt diese Technologie seit
dem Jahr 2000 mit dem Geschäftsbereich Laser Welding.
Qualitätssicherung integriert
Der Laserprozess ist besonders effizient und besonders sicher. Das Transmissionstestgerät LPKF TMG 3 erfasst
Transmissionswerte der Fügepartner
vor dem Schweißen und weist auf veränderte Bauteileigenschaften hin. Dieses Gerät steht Stand-Alone oder als
integriertes Modul zur Verfügung.
Eine zuverlässige Qualitätsaussage
zum Schweißergebnis lässt sich bereits im Prozess treffen:
WW Die Fügewegüberwachung nutzt
einen integrierten Wegsensor:
Wenn die Schweißung nicht erfolgreich ist, unterscheidet sich das erfasste Zeit-Wege-Diagramm erkennbar von qualifizierten Schweiß-
Räumliches Laser-Kunststoffschweißen: Die
LPKF TwinWeld3D
fügt anspruchsvolle Kfz-Rückleuchten gleich paarweise.
verläufen. Mit diesem Sensor lassen sich Produkte auch präzise auf
Anschlag schweißen.
WW Bei der Pyrometerkontrolle misst
ein Sensor die Wärmeentwicklung
in der Schweißnaht. Der Temperaturverlauf darf einen definierten
Korridor nicht verlassen.
WW Die optische Bauteilkontrolle erkennt kleinste Verbrennungen an
der Oberfläche, die zum Beispiel
durch Verschmutzungen des Fügepartners entstehen können.
WW Die Reflexionsdiagnostik basiert auf
dem Prinzip der Totalreflektion von
Grenzschichten. Bei einer vollständig geschweißten Naht entfällt eine
Grenzschicht, der Reflektionswert
einer eingestrahlten Messstrahlung
ändert sich.
Laser-Kunststoffschweißen
in der Praxis
Ein anschauliches Beispiel für diese Fügetechnologien ist das abgebildete
Steuergerät für eine elektrische Lenkung: Die Leiterplatte wird durch Laser-Heißverstemmen im (dunklen) Unterteil fixiert. Kunststoffdome durchdringen die Leiterplatte an den Haltepunkten. Sie werden mit winzigen
Kunststoffnieten per Laserschweißen
abgeschmolzen und verbunden, ohne
dass das Werkzeug mit fluiden Materialien in Berührung kommt. Das Ergebnis ist eine präzise, spielfreie Lagerung. Im Anschluss daran wird der helle Deckel zum sicheren Abschluss
aufgeschweißt. Beim Quasisimultanschweißen überfährt der Laserstrahl
die Schweißkontur mehrfach hinterein-
Bilder: LPKF
Prozess.
Ein mit dem Laser geschweißtes Steuergerät
für eine elektronische
Lenkung. Die innere weiße Struktur wird per Laser-Heißverstemmen auf
der Leiterplatte fixiert,
danach wird das Bauteil
(hinten) mit einem Deckel
versiegelt.
ander, bis sie auf der gesamten Länge
aufgeschmolzen ist. Diese Technologie
erlaubt eine Fügewegüberwachung im
Prozess.
Zahlreiche Sensoren und Baugruppen in der Automotive-Industrie werden durch Laser-Kunststoffschweißen
gekapselt. Der Schweißprozess zeichnet sich durch besonders saubere, optisch ansprechende Schweißnähte
aus. Für eine Änderung der Schweißkonturen und -parameter sind nur neue
Prozessdaten erforderlich: Damit gewinnen die Produktionsplaner wertvolle Freiräume für flexible Fertigungsprozesse. Produkte, die mit Laser-Kunststoffschweißen hergestellt sind, gibt
es in vielen Fahrzeugelementen. Neben den von außen unsichtbaren
Housings treten sie auch an exponierter Stelle auf: Zum Beispiel als beleuchtete fahrzeugspezifische Einstiegsleisten (Kombination aus Metallabdeckung
und Leuchtband), bei den Armaturen
oder auch beim anspruchsvollen Fügen
der Fahrzeugschlüssel.
Laserschweißen großer
Bauteile im Wärmefeld
Für große Bauteile reichen die begrenzten Arbeitsräume stationärer Anlagen
meist nicht aus. Die Lösung besteht in
der Kombination eines mobilen Laserkopfes mit einem Industrieroboter. Dieses System schweißt große Bauteile
wie zum Beispiel Tanks, Sonnendächer
und Rücklichter und ist in allen drei
Raumrichtungen flexibel.
Eine weitere Besonderheit macht
den Schweißprozess noch effizienter:
LPKF hat mit dem Hybridschweißverfahren einen Prozess patentiert, der das
Prozessfenster aufweitet: Zusätzlich
zum Laserstrahl erwärmt ein Halogenstrahler mit polychromatischer Wärmestrahlung den Schweißbereich. Daraus
ergeben sich interessante Effekte:
WW Durch die Vorwärmung läuft der
Schweißprozess schneller ab als
mit dem Laser alleine.
WW Durch das Wärmefeld und die vergleichsweise langsame Abkühlung
der Schweißnaht werden interne
Spannungen im Bauteil deutlich reduziert. In den meisten Fällen kann
dann ein nachfolgender Temperprozess entfallen.
Das Hybridschweißen kann mit den Lasersystemen
der
LPKF
TwinWeld3D-Familie durchgeführt werden.
Für den Prozess sind nur einfache Bauteilaufnahmen ohne zusätzliche Oberteile erforderlich: Eine luftgelagerte
Andruckrolle im Schweißkopf bringt
den benötigten Fügedruck direkt neben der Schweißnaht auf.
Das Ergebnis sind hochwertige, ansprechende Schweißungen auch im
Sichtbereich. Ein gutes Beispiel für einen Produktionsprozess mit dem TwinWeld3D-System sind anspruchsvolle
Fahrzeugrückleuchten: Das mit einem
Rundschalttisch ausgestattete Schweißsystem kann wechselweise rechte und
linke Rückleuchten paarweise fügen –
die Softwaresteuerung des Laserprozesses macht das möglich. Weitere Infos zu diesem und anderen Schweißprozessen hält LPKF auf der Website
www.lpkf-laserwelding.de bereit. W
j
LPKF Laser & Electronics AG
www.lpkf.com
Malte Borges ist im Marketing bei der LPKF
Laser & Electronics AG tätig.
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