Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Laserstrahlbohren durchflussbestimmender Durchgangslöcher



Datum: 30.11.1993


Autor


Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. M. Geiger
  • Prof. Dr.-Ing. H.W. Bergmann

Das Ziel der Arbeit bestand in der verfahrenstechischen Weiterentwicklung des Laserstrahlbohrens von Durchgangslöchern, um insbesondere die geometrische Reproduzierbarkeit durchflussbestimmender Löcher beziehungsweise Mehrlochbilder zu verbessern. Die erreichte Fertigungsqualität der laserstrahlbearbeiteten Löcher soll keine weitere Nachbearbeitung erfordern. Ein wesentliches Forschungsergebnis ist die Reduzierung der Durchflusstoleranzen von laserstrahlgebohrten Löchern auf unter 1 % des Durchflussmittelwerts. Dies entspricht einer Reduzierung um etwa eine Größenordnung gegenüber herkömmlichen Laserstrahlbohrbearbeitungen. Dies gelingt durch das neuartige Konzept der in-process-Messung des Durchflusses des Prozessgases durch das in Bearbeitung befindliche Loch hindurch. Voraussetzung für die Durchflussmessung ist eine gasdichte Verbindung zwischen der zu bearbeitenden Stelle am Werkstück und dem Durchflussmessgerät. Für ebene, in der Regel als Blech vorliegende Werkstücke werden Spannvorrichtungen vorgeschlagen, die eine so genannte Prozessgaskammer beinhalten. Durch den Einsatz einer rechnerbasierten Regeleinrichtung lässt sich ein Loch durch gezielte Laserstrahlnachbearbeitung in seinem Durchflusswert korrigieren und einem vorab festgelegten Solldurchfluss annähern. Als Regelgröße wird der momentane Durchflusswert, als Stellgrößen alle Einstellparameter der Laseranlage, das heißt des Laseraggregats und der Positioniereinheit, genutzt. Als effektivste Regelstrategie bewährt sich diejenige mit adaptiver Fokuslagenverschiebung, bei der nach Herstellung eines Ausgangslochs mit einem ersten Laserstrahleinzelpuls die Differenz zum Solldurchfluss rechnerisch ermittelt und proportional dazu die Anhebung der Fokuslage vorgenommen wird. Die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Bearbeitungsverfahrens wird anhand verschiedener Bearbeitungsbeispiele an Stahlblechen unterschiedlicher Dicken nachgewiesen. Dabei werden verschiedene Bearbeitungsstrategien mit variablen Lochgeometrien und -anordnungen untersucht.