Laserstrahlschweißen: Fortschritt für die Fertigung

Das Schweißen ist eine Schlüsseltechnologie in der modernen Industrie – doch nicht jedes Verfahren eignet sich für jeden Werkstoff oder jede Anwendung. Prof. Dr.-Ing. Markus Schleser vom Institut für angewandte Automation und Mechatronik der FH Aachen erforscht das Laserstrahlschweißen als Schweißmethode mit entscheidenden Vorteilen: Es ermöglicht das Fügen einer Vielzahl von Werkstoffen mit höchster Qualität, extrem hohen Schweißgeschwindigkeiten und großen Einschweißtiefen.

Besonders vielversprechend ist das Laserstrahlschweißen im Vakuum, das an der FH Aachen gemeinsam mit Forschungspartnern im Rahmen des Projekts „HOLLA – Hochleistungslaser für die Laserregion Aachen“ mit Förderung durch das EFRE/JFT-Programm NRW entwickelt wird. Dieses Verfahren kann Produktivität und Energieeffizienz steigern und einen wichtigen Beitrag zur Beschleunigung des Ausbaus erneuerbarer Energien leisten – etwa bei der Fertigung von Windkrafttürmen.

Als zentraler Dienstleister des Verbunds innovation2business.nrw unterstützt PROvendis die Erfinder bei Fragen zum Schutz geistigen Eigentums und bei der Vermarktung ihrer Forschungsergebnisse.

Wie diese Technologie die Zukunft der Fertigung prägen kann und welche Rolle Patente und Forschungskooperationen dabei spielen, erläutert Prof. Schleser im Interview.

Was sind die Grenzen heutiger Schweißverfahren – und wie kann das Laserstrahlschweißen diese Limitierungen überwinden?

Prof. Schleser: Beim Schweißen ist zunächst einmal der Werkstoff zu betrachten, nicht jedes Schweißverfahren ist für jeden Werkstoff gut geeignet. Wenn die Werkstoffe grundsätzlich schweißgeeignet sind, stehen Qualität und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund. Das Laserstrahlschweißen kann im Vergleich mit anderen Schweißverfahren sehr viele Werkstoffe mit höchsten Qualitäten, sehr hohen Schweißgeschwindigkeiten und großen Einschweißtiefen fügen. Die Grenzen des technologisch Machbaren werden durch die großen Entwicklungssprünge beim Laser ständig erweitert. Bei uns an der FH Aachen verfolgen wir dabei zusammen mit unseren Forschungspartnern vor allem das Laserstrahlschweißen im Vakuum. Hiermit lassen sich gegenüber dem konventionellen Laserstrahlschweißen Produktivität, Qualität und Energieeffizienz noch einmal signifikant steigern.

Wie kann das Laserstrahlschweißen zur Beschleunigung des Ausbaus erneuerbarer Energien beitragen?

Prof. Schleser: Das Laserstrahlschweißen und generell Laserbearbeitungsprozesse leisten in vielen Bereichen heute schon einen erheblichen Beitrag, beispielsweise bei der Fertigung moderner Elektromotoren oder Brennstoffzellen. Das Verfahren hat aber auch erhebliches Potenzial im Bereich Windenergie. Studien zeigen, dass ein wesentlicher Flaschenhals beim Ausbau von Windkraftanlagen derzeit noch die Schweißtechnik ist. Es ist beispielsweise sehr aufwendig, die dicken Bleche für Windkrafttürme, insbesondere im Offshore-Bereich, mit konventionellen Schweißtechniken wie dem sogenannten Unterpulverschweißen zu fügen. Grundsätzlich gilt: bei Blechdicken von einigen Zentimetern werden sehr viele Schweißlagen benötigt, um die Bleche zu fügen. Mit dem Laser ist es demgegenüber grundsätzlich möglich, auch sehr dicke Bleche in einem Durchgang zu fügen. So kann erheblich schneller gefertigt werden.

Inwiefern ist der technologische Fortschritt im Schweißen entscheidend für die internationale Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands?

Prof. Schleser: Fertigung in Deutschland ist im internationalen Vergleich teuer. Ein Schlüssel, um auch hierzulande konkurrenzfähig fertigen zu können, liegt in der Entwicklung von Hochleistungsverfahren, die gleichzeitig hochproduktiv, hochqualitativ und nachhaltig sein müssen. Mit innovativen Prozessen wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum kann dies gelingen. So wird ein Beitrag geleistet, um auch langfristig Arbeitsplätze zu sichern.

Wann wurde Ihnen klar, dass Sie Ihre Erfindung schutzrechtlich sichern müssen? War das Thema Patente für Sie Neuland oder hatten Sie bereits Erfahrung damit?

Prof. Schleser: Patente sind für uns eine gute Möglichkeit unsere Ideen und damit mögliche Verwertungsoptionen zu schützen. Im Sinne der FH Aachen kann der Mehrwert neben einer klassischen Lizenzvergabe auch in der Erhöhung der Erfolgschancen in Forschungsprojekten oder in der Vorbereitung von Ausgründungen aus der FH Aachen liegen. Daher haben wir Patente auch in der Vergangenheit schon genutzt.

Welche Unterstützung haben Sie durch PROvendis erfahren?

Prof. Schleser: PROvendis hat sich gemeinsam mit den verantwortlichen Stellen der FH Aachen um den eigentlichen Patentierungsprozess gekümmert, so dass wir uns auf unser Kerngeschäft, das Ausarbeiten unserer Idee, konzentrieren konnten.

Für das Projekt HOLLA – Hochleistungslaser für die Laserregion Aachen haben Sie erfolgreich Fördermittel im Rahmen des EFRE/JFT-Programms NRW eingeworben – welche Rolle haben dabei erteilte Patente gespielt?

Prof. Schleser: Eine direkte Bewertung ist schwierig. Der Begutachtungsprozess läuft vertraulich, durch unabhängige Gutachter. Insofern können wir nicht sagen, in welchem Ausmaß konkrete Patente eine Rolle bei der Bewertung gespielt haben. Sicher ist allerdings, dass Patente helfen, den technologischen Vorsprung zu dokumentieren und eine sehr gute Basis für disruptive Entwicklungen schaffen.

Welche Weiterentwicklungen erwarten Sie im Projekt HOLLA und welche Optionen sehen Sie, um die Erfindung in die Anwendung zu bringen?

Prof. Schleser: Wir wollen insbesondere das Dickblechschweißen mit dem Laser voranbringen. In den Blechdickenbereichen, über die wir hier sprechen, ist das aus Sicht der Industrie technologisches Neuland. HOLLA wird uns sowohl helfen die technologischen Grenzen auszuloten und hin zu mehr Produktivität zu verschieben, als auch die Grundlagen für eine Übertragbarkeit in die Industrie zu legen.

zum HOLLA-Projekt der FH Aachen

(Quelle: PROvendis GmbH)