Laserunterstütztes Entfernen von Lötverbindungen
Forschungseinrichtung: Fraunhofer IWU
Eine große Problemstellung beim Remanufacturing stellen nichtlösbare Fügeverbindungen dar. Daraus ableitend war die Zielstellung des Projektes die Verbesserung des Remanufacturings-Potentials durch Entwicklung von Konzepten zum möglichst zerstörungsfreien Lösen stoffschlüssiger Verbindungen. Als besonders vielversprechend hat sich das laserunterstützte Entfernen von im Karosseriebau etablierten Hartlotverbindungen erwiesen. Durch den Bau einer speziellen Laserbearbeitungsoptik und der Implementierung einer temperaturgeregelten Laserleistungsregelung konnte die Idee in die Praxis überführt werden.
PKW Karosserien werden durch Verfahren wie Laserschweißen, Laserlöten, Nieten und Falzen gefügt, die nach aktuellem Stand der Technik nicht zerstörungsfrei demontiert werden können.
Beim etablierten Recycling werden Fahrzeugkarosserien zerstörend zurück in die Wertschöpfungskette überführt, was im Wesentlichen durch 4 Prozessschritte erfolgt: Kompaktierung, Fraktionierung, Einschmelzen und Walzen von Coils. Mangels Technologien zum zerstörungsfreien Lösen der im Karosseriebau etablierten Fügeverbindungen, ist die Erhöhungen der Verwertungsstufen nach aktuellem Stand der Technik ist nicht darstellbar.
Mit dem Ziel das Remanufacturing im Karosseriebau zu ermöglichen, wurde im Rahmen des Horizon 2020 Projektes „CarE Service“ eine neuartige Technologie zum zerstörungsfreien, laserunterstützen Entfernen von Lötverbindungen entwickelt. Bei dieser Technologie wird die Lötnaht durch einen Bearbeitungslaser in den schmelzflüssigen Zustand erwärmt und durch eine Gasdüse aus dem Bereich der Fügeverbindung ausgeblasen.
Das wichtigste Merkmal dieser Technologie ist, dass die Prozesstemperatur die Schmelztemperatur des Lotes über- und die Schmelztemperatur des Stahlbleches unterschreiten muss. Um das zu realisieren wurde eine Laserbearbeitungsoptik konzipiert, die eine zum Bearbeitungslaser koaxiale Messung der Prozesstemperatur ermöglicht. In Kombination mit einem PID-Regler wird ein temperaturgeregelter Prozess ermöglicht.
Um das Ausblasen des Lötgutes aus der Fügeverbindung zu effektiveren, wurde im Rahmen des Projektes die Gasdüse durch Strömungssimulationen via ANSYS CFX optimiert. Nach systematischer Erarbeitung von Grundlagen des neuartigen Prozesses und der Erarbeitung geeignete Prozessparameter wurden die Funktionsfähigkeit der Technologie an skalierten Proben nachgewiesen. In weiteren Projekten sollen die Anwendungsgrenzen und die industrielle Anwendbarkeit geprüft werden.
Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ist Innovationsmotor für Neuerungen im Umfeld der produktionstechnischen Forschung und Entwicklung. Mit rund 670 hochqualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an den Standorten Chemnitz, Dresden, Leipzig, Wolfsburg und Zittau erschließen wir Potenziale für die wettbewerbsfähige Fertigung im Automobil- und Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Elektrotechnik sowie der Feinwerk- und Mikrotechnik. Im Fokus von Wissenschaft und Auftragsforschung stehen Bauteile, Verfahren und Prozesse sowie die zugehörigen komplexen Maschinensysteme – die ganze Fabrik.
Als Leitinstitut für ressourceneffiziente Produktion entwickeln wir Technologien und intelligente Produktionsanlagen für Karosserie- und Powertrainkomponenten. Wir optimieren umformende, spanende und fügende Fertigungsschritte. Dabei haben wir ganz im Sinne regenerativer Systeme und der Kreislaufwirtschaft die gesamte Prozesskette im Blick. Die Entwicklung innovativer Leichtbaustrukturen und Technologien zur Verarbeitung neuer Werkstoffe, die Funktionsübertragung in Baugruppen, die Nutzung der weitreichenden Möglichkeiten additiver Fertigung und nicht zuletzt der wirtschaftliche Einsatz von Brennstoffzellentechnologien sind dabei wichtige Erfolgsfaktoren.
CarE-Service