Mit 5 kW durch dick und dünn

Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Bernhard Reichenbach bernhard.reichenbach@konradin.de

Es passiert nicht allzu häufig, dass eine deutsche Werkzeugmaschine in Japan einen Preis gewinnt. Bei der 2D-Laserschneidanlage Trumatic L 3050 der Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG, Ditzingen, war es der Fall: Anlässlich der 33. Auflage des Konstruktionspreises der japanischen Industrie gewann mit der TC L 3050 erstmals ein ausländisches Produkt einen der angesehenen Preise – den zweiten unter 40 konkurrierenden Systemen.

Der Erfolg der CO2-Laserschneidanlage kommt nicht von ungefähr: Ihr breites Bearbeitungsspektum, ihre hohe Produktivität und Präzision sowie ihr ausgefeiltes Sicherheitskonzept beeindruckten die japanische Jury besonders. Dipl.-Ing. Friedrich Kilian, Geschäftsführer Entwicklung bei Trumpf, nennt zwei wesentliche Gründe für die hohe Produktivität: „Wir setzen bei der TC L 3050 hochdynamische Antriebe und einen leistungsstarken Laser ein.“

Bei der Maschine, die nach dem Prinzip der fliegenden Optik arbeitet, bewegt sich nur der Laserschneidkopf als Werkzeug über dem Arbeitsbereich. Die zu bearbeitende Blechtafel liegt fest. So sind hohe Verfahrgeschwindigkeiten möglich – unabhängig vom Gewicht der Rohtafel. Die Verfahrgeschwindigkeit kann um so höher sein, je geringer die zu bewegenden Massen sind. Diese zu minimieren – bei hoher Steifigkeit des Aufbaus –, war ein Hauptziel der Konstrukteure. Konsequente Leichtbauweise, etwa durch die Integration mehrerer Funktionen in ein Teil, machte den Einsatz hochdynamischer Antriebe sinnvoll.

Durch die leichte, kompakte Bauweise können die Y- und Z-Achsen mit Linear-Direktantrieben operieren. Die lange Gantry-X-Achse hingegen verfährt über Zahnstangen/Ritzel-Triebe in beiden Seiten. „Diese Kombination unterschiedlicher Antriebsarten war die technisch effizienteste Lösung“, erklärt Kilian. Trotz des Kombi-Konzepts sind die Verfahrachsen mit 200 m/min gleich schnell; der Schneidkopf bewegt sich so mit bis zu 300 m/min.

Für hohe Schneidgeschwindigkeiten sowohl beim Bearbeiten von Fein- als auch von Dickblech sorgen vor allem zwei Faktoren: der TLF 5000, der leistungsstärkste Trumpf-Schneidlaser, mit einer Ausgangsleistung von 5 kW sowie eine schnelle Laser-Leistungssteuerung. Zu den Charakteristika des Lasers gehört eine hohe Strahlqualität bei stufenlos regelbarer Leistung, verbunden mit einem niedrigen Gasverbrauch. „Die Laserleistung wird eins zu eins in Schneidgeschwindigkeit umgesetzt“, betont Kilian. „Mit dem 5-kW-Laser sind bis zu 25 Prozent höhere Schneidgeschwindigkeiten möglich als mit einem 4-kW-Laser.“ So könne beispielsweise 1 mm dickes Aluminium-Blech mit einer Geschwindigkeit von 40 m/min geschnitten werden.

Die Schnelligkeit der TC L 3050 überzeugte auch Dipl.-Ing. Tobias Heinz, Geschäftsführer der Heinz GmbH, eines im hessischen Hainburg ansässigen Lohnbetriebs: „Verglichen mit unserer Stanz-Laser-Kombimaschine, können wir damit so manche Aufgabe in einem Drittel der Zeit erledigen.“ Der Job-Shop konstruiert und fertigt mit 26 Mitarbeitern Teile und Baugruppen aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, aber auch aus Titan, Kupfer und Messing in Losgrößen von 1 bis etwa 1000 für Kunden aus der Maschinenschutztechnik, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Elektroindustrie sowie dem Einrichtungssektor.

Ein wichtiger Anreiz zum Kauf seiner 700 000-Euro-Anlage war für Heinz auch, dass sich die hohe Laserleistung positiv auf die zu bearbeitende Blechdicke und damit die Flexibilität auswirkt: Die TC L 3050 schneidet Baustahl bis 25 mm, Edelstahl bis 20 mm und Aluminium bis 12 mm Dicke. „Damit konnten wir unser Leistungsspektrum deutlich erweitern“, berichtet Heinz. „Wir verarbeiten jetzt Bleche im Bereich zwischen 0,2 und 25 Millimetern, zuvor lag das Maximum bei acht Millimetern.“

Nach Angaben des studierten Maschinenbauers werden die Teile prozesssicher mit hoher Kantenqualität geschnitten. Laut Hersteller sind hierfür mehrere Gründe maßgebend: So biete das System eine hohe Positioniergenauigkeit, und die automatische Laser-Leistungssteuerung sorge für gleichbleibend gute Resultate bei Ecken und engen Konturen. Die kapazitive Abstandsregelung zwischen Schneiddüse und Werkstück ermögliche auch bei unebenen Blechen gute Ergebnisse. Die Sensorik ermittelt die Lage der Blechtafel und übergibt die Daten an die Steuerung. Ein nachträgliches manuelles Verschieben der Tafel erübrigt sich. Dadurch werden Kratzer vermieden.

Die TC L 3050 eignet sich jedoch nicht nur zum 2D-Laserschneiden, sondern auch zum flexiblen Bearbeiten von Rohren und Profilen. Hierzu lässt sie sich schnell umrüsten. Mit der Zusatzeinrichtung Rotolas sollen selbst komplexe Durchdringungen und Schnitte kein Problem sein. Die NC-Drehachse ist fest mit dem Maschinenrahmen verbunden. Ein flexibles Auflager-System soll für eine sichere Führung unterschiedlicher Rohre sorgen.

Mittels moderner Steuerungen lasse sich die Anlage einfach bedienen, erklärt Friedrich Kilian. „Die von uns entwickelte komfortable Bedienoberfläche stellt die Tätigkeiten des Bedieners in den Vordergrund.“ Eine integrierte Online-Hilfe beantworte Fragen dort, wo sie entstehen. Ein ausgefeiltes Diagnosekonzept inklusive Teleservice per Telefon-Modem sei Standard. Über das integrierte Modem, das Internet und den E-Shop des Herstellers kann der Nutzer Ersatzteile direkt von der Maschinensteuerung aus bestellen. Der E-Shop bietet neue Möglichkeiten wie Warenkörbe zusammenzustellen, Bestellungen abzusenden und zu archivieren sowie ein optimiertes Ersatzteilmanagement – ohne Papier und Fax.

Zu einer ausgefeilten Maschinentechnik gehört eine unkomplizierte Programmierung. Zeichnungen können in der herstellereigenen CAD/CAM-Software Tops 100 erstellt oder vom CAD-System übernommen werden. Auftragsorientiertes Verschachteln ist ebenfalls möglich, und verschachtelte Tafeln können per Knopfdruck automatisch bearbeitet werden. Alle Bearbeitungsparameter und Daten sind in Regelwerken und Technologietabellen in Tops gespeichert. „Die Software weiß, welche Schneidparameter für das jeweilige Material geeignet sind, und wie der Anwender zu den besten Schneidergebnissen kommt“, erläutert Kilian.

Die Technologietabellen-Technik ist der Kern des Systems. Sie ermöglicht rasche und flexible Anpassungen an unterschiedliche Materialien und Blechdicken. Für häufig eingesetzte Werkstoffe sind alle Laserparameter voreingestellt. Mit einem Tabellenaufruf werden sie automatisch aktiviert. Einfache Teile lassen sich direkt an der Maschine programmieren.

Die Anlage wurde im Herbst 2001 zur Messe Emo erstmals vorgestellt und seither deutlich mehr als 500 Mal verkauft. Für Anwender, die größere Blechformate bearbeiten, stehen inzwischen die Varianten TC L 4050 und 6050 mit Arbeitsbereichen von 4000 mm x 2000 mm und 6000 mm x 2000 mm zur Verfügung. Alle genannten Systeme sind standardmäßig mit einem automatischen Palettenwechsler ausgestattet, der hauptzeitparalleles Be- und Entladen ermöglicht.

Durch ein flexibles mehrstufiges Automatisierungskonzept kann der Automatisierungsgrad auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten werden. Die Einsteigerlösung ist die Be- und Entladeeinrichtung Liftmaster. Mittels Tragsaugern führt das automatische Kransystem auch schwere Rohtafeln schnell vom Materialstapel zum Palettenwechsler. Mit Hilfe eines Entladerechens transportiert es gefertigte Werkstücke und Restgitter von der Maschine weg. „Mit dem Liftmaster lässt sich die Anlage über mehrere Stunden bedienerlos betreiben“, hebt Kilian hervor.

Die große Lösung für vollautomatische Produktion ist die Anbindung an ein Kompakt- oder ein Systemlager. Aus dem Lager wird Rohblech auf einzelnen Paletten oder als Stapel bereitgestellt. Gefertigte Teile werden palettenweise oder gestapelt ins Lager zurückgelegt. Für die bedienerlose Fertigung – insbesondere bei Blechdicken bis 6 mm – offeriert Trumpf mit dem Liftmaster Sort und dem Sortmaster ein modulares Automatisierungssystem, das vom Aufnehmen des Rohblechs vom Stapel über die Ablage kleiner und großer Fertigteile bis zur Restgitterablage reicht. Sein Vorteil: Das lästige Sortieren der Fertigteile aus dem Restgitter wird wesentlich reduziert. „Kein fertig geschnittenes Teil bleibt unversorgt“, merkt Kilian an.

Hohe Laserleistung wirkt sich positiv auf die Flexibilität aus

Bauteil für den Schlitten eines Bearbeitungskopfes

Werkstoff: VA 1.4301

Blechdicke: 1,5 mm

Fertigungszeit mit der Stanz-Laser- Kombimaschine TC 600L: 92 s Fertigungszeit mit der 2D-Laserschneidmaschine TC L 3050: 28 s