08 „ Der Laser ist ein etabliertes Werkzeug in der Fertigung“, sagt Peter Schlüter, Geschäfts- führer von LMB Automation. „Trotz seiner vielseitigen Mög- lichkeiten und Ausprägungen birgt die Ver- wendung allerdings ein paar Stolpersteine, die durch Anpassungen und stetige Wei- terentwicklung aus dem Weg geräumt werden können.“ So ist Laserstrahl nicht gleich Laserstrahl: Die Form beeinflusst die Produktqualität, indem sie Leistungs- dichte, Schnittbreite, Schmelzbaddyna- mik und Wärmeeinflusszone bestimmt. Je nach Anwendung kann der Strahl fo- kussiert, aufgeweitet oder geteilt werden. Besonderes Augenmerk sollte dabei auf dem Schmelzbad liegen, das sich auf die Geometrie, Festigkeit und Mikrostruktur der Verbindung und somit auf die Quali- tät der Schweißnaht auswirkt. Je besser sich diese Dynamik mit einer optimierten Optik orts- und zeitunabhängig steuern lässt, desto eher können typische Probleme wie Risse, Poren, Spritzer, Hinterschnitte oder eine unzureichende Durchdringung im Keyhole vermieden werden. Optik mit rotierenden Komponenten Ein typischer Fall, bei dem die Kombina- tion aus anspruchsvollem Werkstoff und unzureichender Flexibilität der Optik zu Problemen führen kann, ist das Schwei- ßen von Kupferverbindungen, die bei- spielsweise in der Statorfertigung bei den Hairpins gelegt werden. Die viskose Kup- ferschmelze führt zu einer ausgeprägten Prozessdynamik, wodurch das Material sehr schnell zu spritzen anfängt. Für die Fertigung ist aber ein möglichst spritzar- mer Prozess notwendig, da kein ausgewor- fenes Material in den Stator gelangen darf. Um dies zu gewährleisten, nutzt LMB im Twin-Weld-Verfahren eine angepasste Bi- fokaloptik, die den Strahl in der Vorwärts- bewegung im Vergleich zu herkömmlichen feststehenden Scanneroptiken zusätzlich teilt und in kleinen Kreisen um die opti- sche Achse rotieren lässt. „Die beiden Teil- strahlen sorgen im Schmelzbereich durch TWIN-WELD, MULTISPOT UND DIE PARTNER Mit dem Ziel, die Einschränkungen feststehender Bifokaloptiken zu überwinden, hat LMB das sogenann- te Twin-Weld-Verfahren entwickelt. Durch Aufteilen des Laserstrahls in Kombination mit einer Rotation der Optik lassen sich Spalte besser über- brücken und die Schweißnahtquali- tät erhöhen. Dies haben erste Ergeb- nisse beim Schweißen verschiedener Materialien gezeigt. Derzeit wird die rotierende Bifokaloptik in einem ge- meinsamen Entwicklungsprojekt mit der Universität Bochum anhand von Versuchen weiter erforscht. Daneben wird die Wirkungsweise mithilfe eines mathematischen Modells simuliert, um im Vorfeld bei neuen Anwendungen bereits Hinweise zu den Parametern geben zu können. Im Projekt Multispot, geför- dert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, wurde die Umsetzung mit vier KMU, einem Forschungsinstitut und zwei assozi- ierten Partnern erreicht. Dabei war die Aufgabenverteilung wie folgt: Das Laserzentrum Hannover (LZH) war zuständig für die Prozess- und Softwareentwicklung. Die Entwick- lung der Diodeneinheit wurde von Neolase in Zusammenarbeit mit Coherent umgesetzt. Den Aufbau der speziellen Optik übernahm Sill Optics. Um die notwendigen Messungen hinsichtlich der Intensi- tätsverteilung durchzuführen, wurde von Primes eigens ein Messgerät entwickelt. Die Aufgabe von LMB Automation lag darin, alle notwendi- gen Komponenten inklusive Kühlung in einen Optikkopf zu integrieren und für den Einsatz an einem Roboter vorzubereiten. Anwendungsmuster zum Testen wurden seitens VW zur Verfügung gestellt. zwei Keyholes dafür, dass das aufge- schmolzene Material besser vermengt und durch die Drehbewegung in den Spalt hineingedrückt wird“, erklärt Schlüter. So gewinnt die Schweiß- naht an Festigkeit. Gleichzeitig sorgt die Teilung und Rotation dafür, dass die Zeitspanne beim Überfahren ei- nes Referenzpunkts gegenüber nur einem Fokuspunkt halbiert und der gesamte Schweißvorgang damit be- schleunigt wird. Dank der Kombination aus hoher Rotationsgeschwindigkeit und flexib- ler Optik ermöglicht es das Twin-Weld- Verfahren erstmals, alle Konturen mit dieser Optik zu bearbeiten. Mit einer feststehenden Bifokaloptik wäre dies nicht möglich. Darüber hinaus redu- ziert die höhere Rotationsgeschwin- digkeit die Anzahl der Poren, die im oberen Bereich der Schweißnaht auf- treten, deutlich. „Da insbesondere CU-Bauteile sehr stark zur Spritzer- bildung neigen, wollten wir dem un- bedingt vorbeugen. Dies gelingt uns durch zügiges Anschmelzen und Hi- neindrücken des erwärmten Materi- als, sodass es gar nicht erst nach oben aus dem Keyhole entweichen kann“, so Schlüter. Kunststofffügen mit breiter Naht Thermoplastische Kunststoffe stel- len eine neue Herausforderung für das Laser schweißen dar. Sie kom- men im Leichtbau zunehmend als Strukturbauteile zum Einsatz. Das Laserschweißen von Kunststoffen ist zwar nicht neu, wird jedoch vor al- lem zum Erzeugen relativ schmaler Schweißnähte etwa in der Mikroflu- idik eingesetzt. Für Strukturbauteile sind hingegen große Anbindungsflä- chen zwischen den einzelnen Bau- teilkomponenten erforderlich, um eine hinreichende Kraftübertragung zu gewährleisten. Damit beim Fü- geschweißen von unterschiedlichen Kunststoffen sowie von Kunststoffen