Laser-Remote-Schweißen Big-Brother-Prinzip für hochwertige Schweißnähte

Autor / Redakteur: Uwe Bergmann / Peter Königsreuther

Laser Remote Schweißen von Stirnkehlnähten mit optischer Nahtführung sorgt für höhere Schweißnaht-Qualität. Das Unternehmen Bergmann & Steffen zeigt mit einem entsprechenden Schweißsystem und einer Nachführungseinheit von Lessmüller, wie man damit sogar den Anforderungen der Automobilbauer genügen kann.

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Bergmann & Steffen hat das Laser-Remote-, oder auch Laser-Scanner-Schweißen von Stirnkehlnähten jetzt durch eine kamerabasierte, optische Nachführung im Schweißsystem optimiert.
Bergmann & Steffen hat das Laser-Remote-, oder auch Laser-Scanner-Schweißen von Stirnkehlnähten jetzt durch eine kamerabasierte, optische Nachführung im Schweißsystem optimiert.
(Bild: Bergmann & Steffen)

Das Laser Remote Schweißen oder auch Laser Scanner Schweißen ist seit einigen Jahren im Automobilbau etabliert. Die Anzahl der Anwendungen steigt stetig – nicht zuletzt durch ausgefeiltere, verlässliche Technik, hohe Effizienz und günstigere Kostenstrukturen. Typischerweise wurden bislang mit diesem Schweißverfahren überwiegend Überlappverbindungen hergestellt und das Remote Schweißen eingesetzt um ursprünglich widerstands-punktgeschweißte Anwendungen zu substituieren. Typische Beispiele hierfür sind Automobil-Baugruppen wie Pkw-Hintersitzlehnen.

Robotergeführtes Schweißscannen funktioniert

Im Rahmen der Neuentwicklung von Pkw-Baugruppen spielen zunehmend Themen wie Leichtbau, Korrosionseigenschaften, Energieeffizienz und die Verwendung von hochfesten Werkstoffen eine Rolle. Sind aufgrund dieser neuen Anforderungen andere Nahtformen als der Überlappstoß – beispielsweise Stumpfstossverbindungen oder Kehlnähte erforderlich – so war dies bislang nicht mit robotergeführten Schweißscannern möglich, da diese Systeme zwar sehr schnell arbeiten – insbesondere bei „On-the-Fly“-Anwendungen – aber häufig nicht genau genug, weil sich dabei verschiedene Fehler (Roboterbahn, Bauteilkante, Spannwerkzeug) aufaddieren.

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Der Nutzen für die Anwender:

Dieses System stellt eine absolute Innovation dar, da es die Vorteile einer Laser-Scanner-Schweißoptik (hohe Dynamik, großer Arbeitsabstand) und die Vorteile von geführten Schweißoptiken (Kantentracking, geeignet für lange, durchgängige Schweißnahtverbindungen) vereint.

Die Nachfrage nach diesem System ist sprunghaft angestiegen, da hiermit völlig neue Anwendungen und Produktdesigns möglich werden. Typische Anwendungen könnten zukünftig das Laserschweißen von ganz oder teilweise geschlossenen Profilen (Achsträger, Schweller, A- und B-Säulen) sowie hochfesten Aluminium- und Stahllegierungen sein. Ein voll funktionsfähiges System mit 6-kW-Faserlaser steht in unserem Laserzentrum von Bergmann & Steffen für Kundenversuche jedweder Art zu Verfügung.

Innovativer Fortschritt durch Systemintegration

Bergmann & Steffen betreibt seit dem Jahre 2011 in Spenge ein eigenes Laserzentrum, das vielfältig genutzt wird und allen Kunden zur Verfügung steht. Als sich abzeichnete dass Kunden zukünftig auch vermehrt lasergeschweißte Kehlnähte/Stirnkehlnähte in ihren Konstruktionen einsetzen werden, hat Bergmann & Steffen gehandelt und umgehend ein Nahtführungssystem für Schweißscanner installiert, in Betrieb genommen, getestet und zur Serienreife gebracht.

Das System basiert auf einer Kombination von einem handelsüblichen Schweißscanner der Firma Scanlab, einem Prozessrechner von Blackbird (Robot-Sync-Unit) sowie einem optischen Nahtführungssystem von Lessmüller Lasertechnik. Vereinfacht gesagt werden hierbei Graubilder hochfrequent ausgewertet, die Abweichung zur idealen Schweißnahtlage errechnet und die Laserposition über die Scannerspiegel auf den gewünschten Wirkort korrigiert.

Die Bauteilkante wird nur wenige mm vor dem heißen Laserstrahl und mit einer so hohen Frequenz detektiert und verrechnet, dass Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/min und auch Kurvenfahren problemlos möglich werden. Die Kameraführung erfolgt koaxial zum heißen Laserstrahl.

BMW hat über 20 Laser-Schweißsysteme unter Dampf

Als erstes Unternehmen weltweit setzte die BMW AG im Jahre 2012 dieses Nahtführungssystem in der Serienproduktion für die Produktion von Pkw-Türen erfolgreich ein. Seitdem hat Bergmann & Steffen weltweit mehr als 20 Laserschweißsysteme mit optischer Schweißnahtführung in der Automobil-Serienfertigung bei BMW und anderen Automobilherstellern installiert.

Geschweißt werden hier sog. Stirnkehlnähte, das heißt, das Oberblech liegt um einige Millimeter versetzt zum Unterblech und es wird in die entstehende Kehle hineingeschweißt. Diese Schweißnahtform hat erhebliche Vorteile gegenüber Überlappverbingungen.

So wird konstruktiv ein deutlich schmalerer Bauteilflansch benötigt, so dass Material eingespart und dem Design mehr Spielraum ermöglicht wird. Zudem wird – bei gleichem Anbindungsquerschnitt - weniger Laserleistung benötigt und auch weniger Wärme (= weniger Verzug) in das Bauteil eingebracht. Auch unter Korrosionsgesichtpunkten bietet diese Schweißnahtform Vorteile. Nicht zuletzt erhöhen das Nahtführungssystem und die gewählte Nahttform noch die Prozesssicherheit, da kleinere Bauteil- oder Spannfehler kompensiert werden und eine gute Zinkentgasung stets gegeben ist. MM

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