Schweißen im Baukastenprinzip
Der Einsatz von Lasern in der Produktion hat den Nimbus von modern und fortschrittlich. Stimmt. Doch gerade in der Fertigung herrscht ein harter Wettbewerb der verschiedenen Technologien. Es zählt nicht ein strahlendes Image, sondern vor allem die erreichbare Qualität und Wirtschaftlichkeit. Bosch-Forscher nehmen hier Maß.
Übertragen auf den Sport sind die Bosch-Forscher quasi Trainer und Kampfrichter in einem: Sie trainieren die verschiedenen Wettkampfteilnehmer für eine bestimmte Aufgabe und bewerten anschließend deren Performance. Beim Schweißen zum Beispiel – einer Standardtechnik zum Zusammenfügen vom Metallbauteilen im Karosseriebau oder in der Feinwerktechnik – stehen der Laser, das klassische Widerstandsschweißen und das Elektronenstrahlschweißen im Ring. Die Forscher wählen nun die geeignete Technik für die Schweißaufgabe aus. Trifft die Wahl auf den Laser (was immer häufiger der Fall ist), wird das Verfahren auf den Fertigungsschritt angepasst, wenn erforderlich mit Industriepartnern weiterentwickelt und zum Einsatz in der Serienproduktion gebracht.
So wird beispielsweise das Hochdruckspeicherrohr (Rail) beim Dieseleinspritzsystem Common-Rail, das mit Einspritzdrücken von bis zu 1800 bar arbeitet und in Dutzenden von kundenspezifischen Varianten ausgeliefert wird, nun nicht mehr geschmiedet, sondern mit dem Laser geschweißt. Die Wahl fiel dabei auf den bewährten CO2-Laser, der zum Erreichen der Schweißtiefe von bis zu vier Millimetern im Stahl die nötige Strahlqualität und Leistung von vier Kilowatt liefert.
Neue Lasergenerationen wie z.B. der diodengepumpte Festkörperlaser können derzeit in diesem Leistungsbereich noch nicht die gewünschte Wirtschaftlichkeit liefern.
Der Clou des Verfahrens beim laser-geschweißten Rail liegt darin, dass es nicht mehr im ersten Arbeitsschritt mit teuren Schmiedewerkzeugen seine endgültige Form erhält und dann in mehreren Arbeitsschritten aufwändig spanend bearbeitet werden muss. Vielmehr wird das Rail nach dem Lego-Baukastenprinzip aus einzelnen Elementen zusammengesetzt und die Anschlussstellen verschweißt. Bei einem Rail für einen Vierzylinder-Motor sind das zwölf Schweißstellen. Wünscht der Kunde einen Achtzylinder-Motor so kommen vier weitere Anschlussstellen hinzu; soll das Rail anders am Motor montiert werden, so schweißt man die Befestigungselemente an der passenden Stelle an.
Auf großes Interesse stößt das Laserschweißen auch beim elektrischen Kontaktieren. Insbesondere Steuergeräte, die durch die Integration von Sensorik, Aktuatorik und Elektronik immer näher an den Ort des Geschehens im Motorraum oder Getriebe rücken, profitieren vom Laserpunktschweißen: Es garantiert thermisch und mechanisch stabilere Kontakte als beispielsweise das Löten und ist flexibler in der Fertigung als das klassische Widerstandsschweißen. Außerdem können mit den schnellen Laserpulsen auch äußerst kurze Fertigungstakte gefahren werden.
So wird beispielsweise das Hochdruckspeicherrohr (Rail) beim Dieseleinspritzsystem Common-Rail, das mit Einspritzdrücken von bis zu 1800 bar arbeitet und in Dutzenden von kundenspezifischen Varianten ausgeliefert wird, nun nicht mehr geschmiedet, sondern mit dem Laser geschweißt. Die Wahl fiel dabei auf den bewährten CO2-Laser, der zum Erreichen der Schweißtiefe von bis zu vier Millimetern im Stahl die nötige Strahlqualität und Leistung von vier Kilowatt liefert.
Neue Lasergenerationen wie z.B. der diodengepumpte Festkörperlaser können derzeit in diesem Leistungsbereich noch nicht die gewünschte Wirtschaftlichkeit liefern.
Der Clou des Verfahrens beim laser-geschweißten Rail liegt darin, dass es nicht mehr im ersten Arbeitsschritt mit teuren Schmiedewerkzeugen seine endgültige Form erhält und dann in mehreren Arbeitsschritten aufwändig spanend bearbeitet werden muss. Vielmehr wird das Rail nach dem Lego-Baukastenprinzip aus einzelnen Elementen zusammengesetzt und die Anschlussstellen verschweißt. Bei einem Rail für einen Vierzylinder-Motor sind das zwölf Schweißstellen. Wünscht der Kunde einen Achtzylinder-Motor so kommen vier weitere Anschlussstellen hinzu; soll das Rail anders am Motor montiert werden, so schweißt man die Befestigungselemente an der passenden Stelle an.
Auf großes Interesse stößt das Laserschweißen auch beim elektrischen Kontaktieren. Insbesondere Steuergeräte, die durch die Integration von Sensorik, Aktuatorik und Elektronik immer näher an den Ort des Geschehens im Motorraum oder Getriebe rücken, profitieren vom Laserpunktschweißen: Es garantiert thermisch und mechanisch stabilere Kontakte als beispielsweise das Löten und ist flexibler in der Fertigung als das klassische Widerstandsschweißen. Außerdem können mit den schnellen Laserpulsen auch äußerst kurze Fertigungstakte gefahren werden.
Die Einzelelemente eines Rails für ein Vierzylinder-Common-Rail- Einspritzsystem werden mit einem CO2-Laser zusammengeschweißt. Zwölf Schweißstellen werden abgefahren – alle müssen später den Auswirkungen eines maximalen Innendrucks von 1800 bar standhalten.
