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Laserschweißen

Fügen von Leichtbau-Strukturen: Lawocs-Projekt beendet

| Redakteur: Brigitte Michel

Lasergeschweißte Interieur Aircraft-Pins.
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Lasergeschweißte Interieur Aircraft-Pins. (Bild: LZH)

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Das Laser Zentrum Hannover (LZH) und sieben Partner beenden erfolgreich das Forschungsprojekt „Lawocs“. Von Dezember 2010 bis November 2013 haben die beteiligten nationalen und internationalen Projektpartner intensiv am „Laser transmission welding of thermoplastic composite structures“ gearbeitet.

Der Leichtbau bietet viel Potential für Flugzeug, Fahrzeug und Schiff. Die Ziele im Bereich des Umweltschutzes sind ambitioniert – und sie müssen es sein. Hierzu gehören unter anderem eine Energieeinsparung durch Senken des Treibstoffverbrauchs und der damit verbundenen Reduzierung von CO2-Emissionen. Dies ist eine Herausforderung für alle produzierenden Industrien vom Flugzeug- über den Fahrzeugbau bis zum Schiffbau. Zur Umsetzung werden neue Leichtbaukonzepte basierend auf der Verwendung von kohlenstofffaserverstärkten (CFK) und glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) entwickelt. Diese Werkstoffe bieten ein hohes Gewichtseinsparungspotential bei gleichzeitig ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften. Somit gewinnen CFK und GFK für die Industrie immer mehr an Bedeutung. Ein genaues Verständnis dieser Werkstoffe kombiniert mit angepassten Verarbeitungskonzepten sind daher ein wichtiges Forschungsthema weltweit.

Lawocs: Laserdurchstrahlschweißen von thermoplastischen Composite Strukturen

Das Eurostars Projekt LaWocs „Laser transmission welding of thermoplastic composite structures“ hat in den letzten drei Jahren, als erstes Forschungsprojekt überhaupt, das laserbasierte Fügen von Faserverbundwerkstoffen untersucht. Ziel des Projektes war die Abbildung einer Prozesskette beginnend bei einer schweißgerechten Konstruktion von Bauteilen über eine Anpassung der Werkstoffe bis hin zum Laserschweißprozess selbst.

Bisher werden beispielsweise Klebprozesse zum Verbinden von faserverstärkten Werkstoffen eingesetzt, die allerdings eine aufwändige Vorbereitung der Oberfläche sowie das Einhalten der Trockenphase erfordern. Eine Alternative zum Kleben ist das mechanische Fügen mit Nieten oder Schrauben.

Zu diesem Zweck müssen die Bauteile mit Löchern versehen werden, die den Kraftfluss entlang der Verstärkungsfasern unterbrechen. Das Laserdurchstrahlschweißen (Laser Transmission Welding) bietet dagegen viele Vorteile für das Fügen thermoplastischer, faserverstärkter Materialien. Zu ihnen gehört eine hohe Flexibilität, die es ermöglicht, komplizierte Geometrien zu realisieren.

Laserenergie wird gezielt eingebracht

Darüber hinaus ist die Bearbeitung mit Laser kontaktfrei, es wirken also keine zusätzlichen Kräfte auf das Bauteil, und die Laserenergie wird gezielt dort eingebracht, wo sie zur Ausbildung einer Schweißnaht benötigt wird. Über eine berührungslose Temperaturmessung mit Pyrometern kann zudem eine Prozessregelung umgesetzt werden, um beispielsweise thermoplastisches GFK mit CFK zuverlässig zu verschweißen.

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