Schweißverfahren mit beschleunigten Teilchen ermöglicht die günstige Produktion von Präzisionsteilen
Elektronenstrahl stiehlt Laser die Schau

Mit dem Elektronenstrahlschweißen lassen sich auch Verbindungen verschiedener, selbst höchstschmelzender Werkstoffe wie Aluminium-Legierungen bei größter Reinheit, Tiefe und Schlankheit der Naht erreichen. Das macht das Verfahren für die Automobilindustrie attraktiv.

BERLIN. Seidenweich schaltende Multitronic-Getriebe in Autos; faltbare Knochennägel, die nach der Heilung eines Bruchs fast ohne Schmerzen gezogen werden; hochstabile Kupplungen für ICE-Waggons – drei völlig unterschiedliche Anwendungen für Werkstoffe aus Metall, die doch eines gemeinsam haben: Die Fertigung ist eine knifflige Aufgabe. Denn es müssen verschiedene Materialien hochpräzise, ohne Verzug, zusammengefügt werden. Vor dieser Aufgabe kapituliert die übliche Laser-Schweißtechnik.

Hier kommt das Schweißen mit Elektronenstrahlen zum Einsatz, kurz EB (Electron Beam). Das Verfahren ist zwar nicht neu, hat sich jedoch erst in den vergangenen Jahren als Methode für schwierige Fälle etabliert. Das Prinzip: Im Vakuum werden Elektronen so beschleunigt, dass man mit ihnen ähnlich wie mit einem Laser schweißen kann. Treffen die beschleunigten Teilchen auf das Werkstück, geben sie punktgenau ihre Energie ab. Das Material um die Schweißnaht herum bleibt weitgehend kalt. „Winkelverzug und Querschrumpfung werden im Vergleich zum Laser um die Hälfte reduziert“, sagt Dietrich von Dobeneck, Aufsichtsratsvorsitzender der Pro-beam AG & Co. KGaA. Die Firma aus Planegg bei München gilt als führend bei der Entwicklung von Elektronenstrahlschweißanlagen.

Die in einem winzigen Punkt eingebrachte Wärme dringt tief ins Material ein. Während beim Laser Schweißtiefen jenseits von sechs Millimetern sehr teuer oder gar nicht machbar sind, brennt sich der Elektronenstrahl hunderte Millimeter ins Material. „Elektronen eignen sich gut zur Energieübertragung“, erläutert Dobeneck.

Mit dem Elektronenstrahlschweißen lassen sich auch Verbindungen verschiedener, selbst höchstschmelzender Werkstoffe wie Aluminium-Legierungen bei größter Reinheit, Tiefe und Schlankheit der Naht erreichen. Das macht das Verfahren für die Automobilindustrie attraktiv: Bei herkömmlichen Schweißverfahren drohen Rissen in den gehärteten Stählen von Antriebswellen, die Jahre später die Freude am Fahren trüben können – denn ein Bruch ist vorprogrammiert. Audi, Porsche und VW lassen daher die Automatikgetriebe ihrer Topmodelle mit EB schweißen. Aber auch Hersteller von Sensoren steigen vermehrt auf das schonende Elektronenstrahlschweißen um, da durch die geringe Wärmeübertragung die empfindliche Elektronik der Bauteile intakt bleibt.

Trotz aller Vorteile ist die Technik in Deutschland kaum verbreitet; es gibt lediglich 180 Anlagen. Zu den wenigen Herstellern zählen neben Pro-beam die Steigerwald Strahltechnik GmbH und die PTR Präzisionstechnik GmbH. Der Umsatz der Branche liege bei gerade mal 90 Mill. Euro pro Jahr, sagt Rainer Bartel vom Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden. „Noch verfügt Deutschland über das führende Know-how.“ Doch es herrsche ein großer Nachholbedarf im Einsatz der Technik. Dabei biete sie weitreichende Anwendungsmöglichkeiten.

Pro-beam bohrt mit seinen Elektronenstrahlen millionenfach 0,12 Millimeter große Löcher in dünne Edelstahlbleche. Auftraggeber ist ein japanischer Hersteller von Haushaltsgeräten, der Tofusiebe fertigen lässt. Den Unterschied zu gelaserten Löchern schmecke man – behaupten jedenfalls Gourmets.

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