Hoher Wettbewerbsdruck zwingt in der Lasermaterialbearbeitung tätige Lohnbetriebe, sich neue, wirtschaftliche Nischen zu erschließen. Eine Möglichkeit bietet das Schneiden von Dickblech mit Doppelkopf-Laseranlagen.
Lutz Abram ist Assistent der Geschäftsleitung für Laserschweißen und Marketing der PS Laser GmbH & Co. KG in Thedinghausen
Beim Laser-Lohnschneiden ist die Situation von hartem Wettbewerb geprägt. Dies zwingt die Job-Shops – meist kleine und mittlere Betriebe – zur gezielten Expansion und zu einer Just-in-time-Produktion mit hoher Fertigungstiefe und -qualität. Um konkurrenzfähig zu bleiben, müssen Unternehmen wie die PS Laser GmbH & Co. KG, Thedinghausen, gezielt in moderne Handhabungstechnik und wirtschaftliche Laserstrahlquellen investieren.
Ein Segment mit zusätzlichen Möglichkeiten und Anwendungen eröffnet das Schneiden von Grobblech mit Dicken von über 15 mm. Die gegenwärtige Preissituation beim Lohnschneiden lässt den Einsatz produktiver Doppelkopf-Schneidanlagen sowie moderner diffusionsgekühlter Slab-Laser sinnvoll erscheinen. Besonders bei größeren Serien schafft die Twin-Anordnung von zwei Schneidköpfen und zwei Laserstrahlquellen in einer Anlage ein zusätzliches Potenzial. Mit einem Bediener und einem Maschinenstundensatz wird die doppelte Teileanzahl in gleicher Qualität erzielt. Zwar ist der Stundensatz aufgrund der doppelten Betriebs- und Wartungkosten für Laser und Optik erhöht, in Summe ergeben sich aber Verbesserungen von bis zu 30 % in der Kalkulation.
Der mechanische Aufbau der Twin-Schneidanlage mit konventionellen Kugelumlaufspindeln erfüllt durchaus die Genauigkeitsanforderungen beim Bearbeiten von Dickblech. Bei moderaten Schnittgeschwindigkeiten von unter 1000 mm/min ist die resultierende Maschinendynamik der Antriebe gegenüber der Produktivität und Zuverlässigkeit der Anlage zweitrangig.
Job-Shop wird zum Entwicklungspartner des Kunden
Dickes Blech wird nicht nur in der Horizontalen bearbeitet: Beispielsweise ließen sich in Rohre von 1000 mm Länge, 600 mm Durchmesser und 15 mm Wanddicke per Laser mehr als 1200 Löcher schneiden – eine Aufgabe, die auch in kleinen Serien zu realisieren ist. Eine aufwendige spanende Bearbeitung durch Bohren oder Fräsen erübrigte sich. Die CAD-Daten der Rohrabwicklung wurden an die Steuerung der 2½D-Anlage übermittelt. Anschließend wurde mit Hilfe einer Drehvorrichtung geschnitten. Dies ermöglichte einen rechtwinkeligen Schmelzaustrieb aus der Schnittfuge, ohne auf eine echte 3D-Anlage zurückgreifen zu müssen.
Fast zeitgleich mit dem Schneiden wurde bei PS Laser das Spektrum der Lasermaterialbearbeitung um das Technologie-intensivere Laserschweißen als innovatives Fügeverfahren erweitert. In verschiedenen Pilotprojekten aus der Automobilbranche und der Blechumformung wurde die verfahrenstechnische Basis erarbeitet, die den zunehmend strengeren Qualitätskriterien entspricht und in einem nach ISO-9002-zertifizierten Unternehmen als Standard erwartet wird. Das stetig wachsende Feld der Laserschweißprojekte erfordert neben einer flexiblen mehrdimensionalen Anlagentechnik auch Technologiewissen über die vielfältigen Werkstoffe und Geometrien. Hier kann der Job-Shop zum Entwicklungspartner und Problemlöser für den Kunden werden.
Der Einsatz von Hochleistungs-CO2-Lasern mit einer Ausgangsleistung von 8 kW in Portalhandlings lässt hinsichtlich komplexer Teile und Einschweißtiefen von bis zu 10 mm nur wenige Wünsche offen. Die lasertypischen Eigenschaften wie schlanke Schweißnähte, hohe Prozessgeschwindigkeiten und werkstoffschonende thermische Belastung sollten schon in der Bauteilentwicklung und Konstruktion berücksichtigt werden.
Der lange Weg zur lukrativen Serienfertigung in Losgrößen von einigen 10 000 Stück beginnt mit der Parameter-Ermittlung anhand von Musterschweißungen und deren aufwendiger Auswertung mittels Nahtschliffen, metallographischer Beurteilung und Prozeßoptimierung. Der applikationsgerechte Vorrichtungsbau, das Sicherstellen der Prozessstabilität und die Kundenfreigabe für die Vorserie sind weitere zeit- und kostenintensive Faktoren.
Als Beispiel sei die Komplettfertigung eines dreiteiligen Lamellenträgers für Traktorkupplungen genannt. Die vom Kunden beigestellten Einzelteile werden nach einem Reinigungsvorgang hydraulisch zusammengepresst. Anschließend wird eine einseitige Nabe-Gehäuseverbindung lasergeschweißt und nach manuellem Umspannen mittels einer Überlapp-Steppnaht die zweite Gehäusehälften angefügt.
Die durch den Laserschweißprozess an der oberflächengehärteten Nabe erzeugte Streckenenergie muss sehr gering gehalten werden und darf nicht zu Anlasseffekten oder Wärmeerweichungszonen führen. Wichtigstes Kriterium für gleichbleibende Qualität ist hierbei eine reproduzierbare Prozesstechnologie mit eng tolerierter Einschweißtiefe. Die fertigungsbegleitende Qualitätskontrolle erfolgt anhand von Querschliffen mit Überprüfung der Nahtlage und -tiefe.
Eine ähnliche Problemstellung ergab sich beim Laserfügen von Sitzverstellungen. Die beidseitigen Gehäuseschalen aus hochfestem tiefgezogenem Stahlblech sollten großflächig an das durchgehärtete Umlenkelement angeschweißt werden. Dieses Element mit innenliegendem Verstellmechanismus durfte thermisch nicht überbelastet werden, da sonst das Schmiermittel ausgedampft wäre. Die konstante Einschweißtiefe und eine rissfreie Naht waren sicherzustellen, ohne dass die übertragenden Drehmomente zu stark variierten. Nach dem Ermitteln und Optimieren der Parameter sowie der anschließenden Vorserienfertigung sind die Weichen für die Großserienfertigung gestellt.
Zum Aufgabenspektrum eines Systemanbieters gehört auch das Handhaben der Bauteile vor und nach dem Laserschweißen. Beginnend bei der Vorrichtungsentwicklung über die Logistik bis zur Fertigung, ist dies Aufgabe der hausinternen Anwendungstechnik. Das positionsstabile Fixieren der einzelnen Bauteile durch Spannelemente unter Berücksichtigung der Zugänglichkeit des Laserstrahls ist eine weitere schwierige Aufgabe, die zusammen mit dem Kunden zu lösen ist.
In Zeiten, in denen Schlagwörter wie Global Player und E-Business gebräuchlich sind, ist auch für mittelständische Unternehmen eine zukunftsorientierte Marktpräsenz mit entsprechendem Internetauftritt ein zunehmend wichtiger Faktor. Die schnelle Auftragsbearbeitung und Übermittlung von CAD-Daten über E-Mail gehört ohnehin bereits zum täglichen Geschäft. Die Entwicklung geht inzwischen aber noch einen Schritt weiter, hin zu einer Just-in-time-Abfrage von Jobs per E-Service durch den Kunden über Internet, einschließlich verbindlicher Tageskalkulation und angebotenem Dienstleistungsspektrum.
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