Am Bias wird ein Für das Einbringen von Gewinden in dünne Bleche für Mikrobauteile wurde Verfahren entwickelt, das mittels Laserstrahlung Material aufschmilzt und und in die entstandene Blechaufdickung ein Gewinde einbringt.
Der Trend zur Miniaturisierung zeigt sich in den immer kleiner werdenden Gerätegrößen bei gleichzeitiger Erweiterung des Funktionsumfangs. Die Entwicklung von Mikrobauteilen ermöglicht der Industrie auch komplexe Bauteilgruppen mit hohem Funktionsumfang in kleinen Abmessungen zu nutzen. Hierbei können aufgrund von Größeneffekten neue Perspektiven durch innovative Produktionsprozesse geschaffen werden. Als Beispiel ist hier das Kragenziehen zur Herstellung von Schraubverbindungen zu nennen. Beim konventionellen Kragenziehen gibt es qualitative Anforderungen an das Vorloch, die durch einen alternativen Prozess, das thermische Stoffanhäufen, umgangen werden können. Dabei wird mittels Laserstrahlung dünnes Material aufgeschmolzen, so dass sich aufgrund der Oberflächenspannung ein sphärisches Schmelzbad bildet. Unabhängig von der Qualität des Vorloches kann so Material im Mikrobereich angehäuft werden und es entsteht eine Verdickung am Blechrand.
Verdickung durch Aufschmelzen mit dem Laserstrahl
Bei der Blechbearbeitung wird der Laserstrahl in einem definierten Abstand zur Blechkante abgelenkt, so dass sich ein Schmelzbad bildet, das sich parallel zur Ablenkung des Laserstrahls entlang der Blechkante bewegt. In den Bereichen, in denen der Wärmeeintrag des Lasers nachlässt, erstarrt das Schmelzbad in der zylindrischer Form, so dass sich eine Verdickung der Blechkante, die sogenannte Zwischenform, ergibt.
Erstmals konnte nun ein Gewinde in eine Zwischenform geschnitten werden. Dafür wird zunächst eine Bohrung in ein 200 µm dickes Blech eingebracht. Im Folgenden kann durch das Aufschmelzen der Blechkante der Bohrung diese vergrößert sowie durch die Materialanhäufung eine Zwischenform erstellt werden. In den 400 µm dicken Rand wird ein M2-Gewindegang konventionell geschnitten, um weitere Komponenten durch eine metrische Schraube befestigen zu können.
Da der Prozess zur Erstellung einer solchen Zwischenform kontaktlos ist, tritt kein Werkzeugverschleiß auf. Weiterhin ist der Zugang zum Werkstück nur von einer Seite notwendig, so dass sich neue Anwendungsmöglichkeiten zur Bearbeitung geschlossener Geometrien wie zum Beispiel dünnwandiger Kapillarrohre ergeben.
Der Beitrag ist im Rahmen der Forschungsarbeiten im Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen – Prozesse, Charakterisierung, Optimierung“, Teilprojekt A3 „Stoffanhäufen“ entstanden und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Christine Schattmann
