Technologien
Ein besonders kurzwelliger grüner Laser, dessen Schneidfähigkeit auch im Wasser gegeben ist, soll im Meer Stahl und Metalle zerteilen. Das Fraunhofer IWS hat eine Lösung erforscht und entwickelt, die bereits im Labor funktioniert. - © Fraunhofer IWS
04.09.2023

Mit dem Laser unter Wasser schneiden

Laser schneidet unter Wasser: Fraunhofer IWS will mit neuer Lösung Metalle auch unter der Meeresoberfläche bearbeiten

Angesichts der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energiequellen wächst auch der Bedarf an modernen Demontagetechnologien für den Unterwassereinsatz. Um beispielsweise ein Windkraftwerk im Meer auf mehr Leistung zu bringen, müssen alte Stahlgestelle zunächst unter dem Meeresspiegel zerlegt werden, um sie später größer wiederaufzubauen. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden hat nun einen technologischen Ansatz gefunden, Laser als besonders effiziente, umweltfreundliche und energiesparende Schneidwerkzeuge im Wasser einzusetzen.

Um unterhalb der Wasseroberfläche Stahl und andere Metalle zu zerteilen, setzen die Fraunhofer-Forscher besonders kurzwellige, grüne Laser ein, deren Schneidfähigkeit auch im Wasser gegeben ist. Gleichzeitig dient das Wasser hier als Werkzeug, um die entstehende Schmelze mit Druck aus der Schnittfuge auszutreiben. Dadurch fallen unter anderem Kraftverluste, Extra-Gasleitungen und weitere Nachteile weg. Im Labor funktioniert dies bereits. Im September stellt das Fraunhofer IWS das innovative Verfahren auf der Messe SCHWEISSEN & SCHNEIDEN in Essen vor, um es gemeinsam mit
Industriepartnern zur Einsatzreife zu führen.

Der Zuschnitt von Metall mit Lasern ist zwar kein grundsätzlich neuer Ansatz. In der Regel geschieht dies jedoch in einer trockenen Umgebung. Dabei schneiden Infrarot- oder andere eher langwellige Laserstrahlung das Metall auf. Koaxial zum Strahl entfernen in diesem Zuge Hilfsgase die Metallschmelze. Im Meer herrschen andere Bedingungen: Wasser streut langwelliges Licht in alle Richtungen. Dadurch verpufft ein Großteil der Laserleistung nach kurzer Distanz. Auch sind für das Hilfsgas aufwendige Leitungssysteme nötig.

Grüne Laser der Kilowattklasse als Schlüssel zum Unterwasserschneiden

Diese Nachteile erledigen sich mit der neuen Lösung aus dem Fraunhofer IWS. Die Dresdner Ingenieure setzen grüne Laser mit weit kürzeren Wellenlängen ein als die meisten heute üblichen Industrielaser. Möglich ist dies allerdings erst, seitdem grüne Laser in der Klasse mit mehr als einem Kilowatt Leistung verfügbar sind, um die nötigen Schneidleistungen zu erzielen. Perspektivisch sind noch kurzwelligere Varianten mit blauen Lasern denkbar. Solche Kurzwellenlaser durchdringen selbst Wasser ohne große Verluste und lassen sich somit auch in Gewässern einsetzen. Das in trockener Umgebung notwendige Schneidgas lässt sich durch das im Meer reichlich vorhandene Medium ersetzen: Wasser. So fallen unter anderem die bisher nötigen Gasleitungen weg. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich Gase und Gasgemische wie Luft bis zu einem gewissen Punkt zusammenpressen lassen, bevor sie in die eigentliche Anwendung kommen. Wasser hingegen lässt sich kaum komprimieren. Daher beseitigt dieses als Schneidmedium die Schmelzreste an der Schnittstelle mit weniger
Kraftaufwand und Zeitverlusten.

Ein besonders kurzwelliger grüner Laser, dessen Schneidfähigkeit auch im Wasser gegeben ist, soll im Meer Stahl und Metalle zerteilen. Das Fraunhofer IWS hat eine Lösung erforscht und entwickelt, die bereits im Labor funktioniert. - © Fraunhofer IWS
Ein besonders kurzwelliger grüner Laser, dessen Schneidfähigkeit auch im Wasser gegeben ist, soll im Meer Stahl und Metalle zerteilen. Das Fraunhofer IWS hat eine Lösung erforscht und entwickelt, die bereits im Labor funktioniert. © Fraunhofer IWS
Wenig Energieverlust und mehr Kraft

Gegenüber heute üblichen Trennverfahren mit Sägen, Sägeseilautomaten und Plasmaschneidern soll das Unterwasserlaserschneiden einige Vorteile erzielen: „Das Verfahren benötigt vergleichsweise wenig Energie und die Kraftübertragung ist effizienter“, betont Projektleiter Dr. Patrick Herwig, der am Fraunhofer IWS die Gruppe Laserschneiden leitet. Dieser Ansatz erlaube zudem die Konstruktion besonders kompakter Unterwasserroboter mit Laseraufsatz. Weil sich diese kleiner und effizienter als heutige Sägeautomaten umsetzen lassen könnten, lassen sich bisher schwer zugängliche Stellen von Unterwasserstrukturen leichter erreichen. Anders als etwa beim Sägen müssten Demontageteams künftige Schneidlaser nicht fortlaufend mit neuen Blättern oder anderen Verbrauchsmaterialien bestücken. Zudem erzeugt solch ein System keine Abfälle und entlässt keine gefährlichen Stoffe in die Atmosphäre.

Dieser Vorteil fällt besonders beim Abriss alter Kernkraftwerke ins Gewicht. Denn auch dort sind oft stählerne Bauteile zunächst unter Wasser zu zerlegen. Würde man hier mit Schneidgas arbeiten, könnten mit den Blasen radioaktive Abfälle an die Wasseroberfläche gelangen. Auch dieses Problem erübrigt sich beim Laser-Unterwasserschneiden.

Wasser: Freund statt Feind

Die wirtschaftliche und gesellschaftliche Relevanz der innovativen Technologie beschreibt Prof. Christoph Leyens, Institutsleiter des Fraunhofer IWS: „70 Prozent der Erde bestehen aus Wasser. Diese Offshore-Reserven muss die Menschheit künftig verstärkt nutzen, um umweltfreundliche Energiequellen zu erschließen und auszubauen. Dafür brauchen wir neue Unterwasser-Fertigungstechnologien wie unsere Laserschneidlösungen. Bisher wurde das Wasser dabei als ‚Feind‘ verstanden. Wir kehren das um und verstehen es als ‚Freund‘.“ Im nächsten Schritt wollen die Forschenden ihr im Labormaßstab bewährtes Konzept nun zu praktisch einsetzbaren Systemen weiterentwickeln. Das Fraunhofer IWS bringt dabei seine Expertise in der Lasertechnologie, System- und Analysetechnik und für den Entwurf kompletter Anlagen ein. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler suchen aktuell nach Industriepartnern, die konkrete Einsatzszenarien, Erfahrungen und Herausforderungen skizzieren sowie die konkrete Technologieentwicklung begleiten.

Für die Vernetzung stellt das Forscherteam das Unterwasserlaserschneiden vom 11. bis 15. September 2023 auf der SCHWEISSEN & SCHNEIDEN  in Halle 6, Stand 6D29, vor.

(Quelle: Presseinformation des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik)

Schlagworte

DemontageLasertechnikLasertechnologienMaritime TechnikMetalleMetallische WerkstoffeSchneidenSchneidtechnologienStahlbauteileUnterwassertechnik

Verwandte Artikel

26.01.2025

Management-Studie: Wirtschaft muss sich auf Rezession einstellen

Im aktuellen United Interim Wirtschaftsreport 2025 wird deutlich: Deutschland kann die wirtschaftlichen Herausforderungen nur mit tiefgreifenden Reformen bewältigen. Führ...

Automatisierung Digitalisierung Energiekosten FTS Infrastruktur Mittelstand Rezession Robotik Schneiden
Mehr erfahren
EasyFlipper Hydraulic
21.01.2025

Schnelles und sicheres Wenden schwerer Bauteile

Teqram stellt den EasyFlipper Hydraulic vor, ein Werkzeug, das das Wenden von großen, schweren Platten und Teilen vereinfacht.

Abkanten Industrie Kunststoff Plasma Schneiden Sensoren Stahl
Mehr erfahren
DVS Group
15.01.2025

SCHWEISSEN & SCHNEIDEN 2025 goes digital: IF Digital Award feiert Premiere

Mit dem ersten IF Digital Award powered by SCHWEISSEN & SCHNEIDEN stehen die digitalen Lösungen im Rampenlicht der internationalen Messebühne in Essen. Vom 15. bis 19. Se...

AR Award DVS FTS IFF Industrie Innovationskraft KI Schneiden TIG
Mehr erfahren
Neues ICSORT-System von Messer Cutting Systems
13.01.2025

Verbesserte Produktivität durch neues Material-Handling-System

Messer Automationslösungen für maximale Effizienz und Sicherheit: Mit dem ICSORT-System liefert Messer Cutting Systems eine zukunftweisende Material Handling-Lösung für d...

Arbeitssicherheit Beladung Blechbearbeitung Entladung Schneidsysteme Schneidtechnologien
Mehr erfahren
Ionenfalle für Quantencomputing, bearbeitet mit dem UKP-Laser.
15.12.2024

8. „UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology“

Der „UKP Workshop“ bringt alle zwei Jahre Experten der Ultrakurzpulslaser-Technologie zusammen.

Lasertechnologien UKP-Laser Ultrakurzpulslaser
Mehr erfahren