„Laser­schweissen spart Stahl, Energie und Zeit“

© Quelle: BAM | Fotograf: Michael Danner

BAM-Studie zeigt: Laserschweißen ist im Karosseriebau ökologischer als Widerstandspunktschweißen. Studienleiter Michael Rethmeier im Interview.

Herr Rethmeier, auf welchem Gebiet sind Sie der Spezialist?

Ganz allgemein forsche ich im Bereich der Schweißtechnik. Hauptsächlich Laserstrahl, Lichtbogen und Widerstandspunktschweißen. An der Bundesanstalt für Materialforschung leite ich den Fachbereich Schweißtechnische Fertigungsverfahren. Anfang dieses Jahres haben wir eine „Ökobilanzierung der Schweißverbindungen von Widerstandspunkt- und Laserstrahl“ gemacht.

Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Michael Rethmeier

ist am 1. Oktober 1972 in Detmold (Deutschland) geboren, ist verheiratet und hat zwei Kinder.

Bis 1999: Studium Maschinenbau an der TU Braunschweig bis 1999

Bis 2003: Dr. Ing. mit Schwerpunkt „„MIG-Schweißen von Magnesiumlegierungen“

Seit 2009: Bereichsleiter „Füge- und Beschichtungstechnik am Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), Berlin

Seit 2011: Fachbereichsleiter “Schweißtechnische Fertigungsverfahren, Bundesanstalt für Materialforschung und
-prüfung (BAM), Berlin

Seit 2015: Inhaber der Professur „Fügetechnik“ am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF), TU Berlin

Was ist eine Ökobilanz?  

Bei einer Ökobilanz bewerten wir die Umweltwirkung unterschiedlicher Schweißverfahren. Für unser Projekt forschten mein Kollege Professor Matthias Finkbeiner und ich an der Technischen Universität Berlin mit
25 weiteren Wissenschaftlern im Sonderforschungsbereich „Sustainable Manufacturing“, also nachhaltiger Produktion. Im Fokus steht dabei die gesamte Prozesskette einer Produktion. Die beteiligten Wissenschaftler kommen aus den verschiedensten Fachbereichen: Ingenieure, Mathematiker, Soziologen… Mein Bereich war das Schweißen. Ich habe mich gefragt: Wie sieht der Schweiß-Prozess aus, was verbraucht er und

wie kann ich das bewerten?

Wie haben Sie das gemessen?

Am Anfang einer Ökobilanz wird wie in jeder anderen Wissenschaft ganz klar definiert: Was ist die Aufgabenstellung? In diesem Fall war meine Aufgabe, Bleche im U-Profil zusammenzuschweißen. Die Festigkeit wurde dann mittels Scherzugproben bestimmt. Bei diesen Belastungsproben sollten die Bleche gleich gut abschneiden. Nur so ist die Schweißverbindung gut genug und gleichzeitig vergl

Laserschweißen gegen Widerstandspunktschweißen: Die Entscheidung fällt am Flansch. Beide Verfahren sind sehr schnell und hoch automatisierbar. Der Laser arbeitet jedoch effizienter.

eichbar. Die Festigkeit ist von entscheidender Bedeutung, wenn ein gutes Ergebnis erzielt werden soll.  Anschließend wird das effizientere Verfahren ausgewertet.

Welche Schweiß-Verfahren haben Sie verglichen?

Lange Jahre war das Widerstandpunktschweißen in Anbetracht der technischen und konstruktiven Möglichkeiten für den Fahrzeugbau die ideale Lösung.

Der Blechbedarf ist der dominierende Faktor

Doch Zeiten und Anforderungen ändern sich: Nachhaltige Produktionen spielen jetzt eine immer wichtigere Rolle. Deswegen sahen wir uns das Laserschweißen mit dem Widerstandpunktschweißen im Vergleich an. Jetzt wissen wir: Für den Laser sieht es sehr gut aus!

Welches Verfahren war das effizientere?

Mit großem Abstand der Laser. Der Blechbedarf ist der absolut dominierende Faktor in der Ökobilanzierung beider Verfahren. Das ist bei Ökobilanzen meistens so: Das Material ist besonders teuer und je mehr Material eingespart werden kann, umso besser. Da wir uns die gesamte Prozesskette angesehen haben, fließt die Stahlerzeugung und die damit einhergehende Ausbeutung ebenso in die Bilanz mit ein.

Die Laserschweißroboter sind deutlich kleiner und verbrauchen deswegen weniger Energie

Der Laser reduziert den Blechbedarf ganz erheblich, weil er mit wesentlich schmaleren Flanschen die gleichen konstruktiven Anforderungen erfüllt. So konnten wir beweisen, dass Schweißen mit dem Laser im direkten Vergleich zum Widerstandspunktschweißen das effizientere Verfahren ist.

Waren Sie überrascht über das Ergebnis?

Ja, das war ich! Und zwar, weil der Energieeinsatz in der Gesamtbetrachtung um fast 50 Prozent unter dem des Widerstandpunktschweißens liegt. Ich hatte nicht erwartet, dass es so große Unterschiede gibt, auch wenn wir den Material-Aspekt komplett außer Acht lassen. Außerdem sparen wir deutlich Zeit. Unser Ergebnis resultiert also aus der Einsparung von Stahl, Energie und Zeit.

Wie kommt es, dass weniger Energie verbraucht wird?

Wenn der Laser mit der richtigen PFO-Scanoptic eingesetzt wird, können wir viel schneller arbeiten. Dann wiederum haben wir kürzere Laserzeiten. Außerdem ist der Roboter deutlich kleiner, eine ganz andere Gewichts- und Leistungsklasse und verbraucht nicht zuletzt deswegen weniger Energie.

Aber es gibt doch immer ein Wenn und Aber?

Widerstandspunktschweißen hingegen kostet mehr Material, Energie und Zeit.

Das gibt es auch hier. Mit hohen Standby-Zeiten könnten wir dieses Ergebnis natürlich nicht halten. Bei der Studie haben wir den Laser in ein Netzwerk gerechnet, wie man es auch in der Industrie täte. Dieses enorm gute Ergebnis mit wenig negativer Auswirkung auf die Umwelt kann nur erzielt werden, wenn die konstruktiven Möglichkeiten, die das Laserschweißen eröffnet, auch genutzt werden. In einem normallaufenden Produktionsbetrieb wird das aber ohnehin der Fall sein. Ausfallzeiten werden vermieden. Das ist doch klar.

Wird es Folgestudien geben?

Ja, die Nachhaltigkeit von Produktionsprozessen wird auch in Zukunft von hohem Interesse sein. Ich rechne damit, dass in Zukunft der ökologische Fußabdruck eines Autos, inklusive Produktion, Betrieb und Recycling, für Hersteller und Kunden von Interesse sein wird.

Hersteller und Kunden interessieren sich immer mehr für den ökologischen Fußabdruck eines Autos – inklusive Produktion

Verschiedene Informationen sollen dann transparent sein: Wieviel Material wurde verbraucht? Wie viel Energie musste in die Produktion investiert werden? Um diesen Fußabdruck zu verbessern, wurde schon jetzt ein wichtiges Glied in der Prozesskette erkannt. Mit dem Laser können wir einen nachhaltigen Produktionsschritt garantieren.

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