In vier Wochen zum Laserschweißen

Recht hartnäckig hält sich die Einschätzung, die Neueinführung eines Laserprozesses sei aufwendig. Dass es auch anders geht, zeigt folgendes Beispiel. Es illustriert eine komplette Neueinführung mit Verfahrensentwicklung, Inbetriebnahme und Anwenderausbildung innerhalb weniger Wochen in einem mittelständischen Unternehmen.

Kaufbeuren im Frühjahr 2011: Stefan Neumann kann es sich nicht leisten, lange zu zögern. Sein Unternehmen, die Imes GmbH, steht vor der erfreulichen Herausforderung, binnen Jahresfrist die Produktionskapazität zu verdoppeln. 2011 verzeichnet Imes-Sensortechnik eine Nachfragesteigerung für gas- und dieselbetriebene Großmotoren, die in der 15-jährigen Firmengeschichte ohnegleichen ist. Das Haupteinsatzfeld der hochtemperaturfesten Drucksensoren liegt bei Schiffsmotoren und Stationärmotoren zur Stromerzeugung. Allesamt große Anlagen mit Leistungen von 250 kW bis zu 18 MW.

Das Imes-Hauptprodukt, der Zylinderdrucksensor HTT-04, misst Drücke bis 300 bar und hält Temperaturen bis 300 °C stand. Ein Edelstahlzylinder beherbergt den Dünnschichtsensor in „Thin Film Measuring Technology“ und wird am Motorblock eingeschraubt, ein weiterer beinhaltet Signalverarbeitungselektronik zum Anschluss an die Motorsteuerung. Bei der Herstellung sind mehrfach zylindrische Edelstahl-Gehäuseteile dauerhaft hermetisch zu verschließen, in denen empfindliche Elektronik eingebaut ist. Die anfangs teilweise eingesetzte Klebetechnik war den extremen Vibrationen über mehrere 10 000 h Dauerbetrieb nicht immer gewachsen. Seither verschweißte für Imes ein externer Dienstleister die Gehäuse mit dem Laser.

Laserschweißen eignet sich ausgezeichnet für präzise und hochbelastbare Edelstahlverbindungen: Da die Teile berührungslos ohne Krafteinwirkung gefügt werden und die Hitzeeinwirkung gering bleibt, lassen sich auch Baugruppen mit empfindlicher Elektronik sehr gut verschweißen.

Schnell fällt im Frühjahr 2011 die Entscheidung, diesen Produktionsschritt ins Haus zu holen, um Lauf- und Reaktionszeiten zu verkürzen und die Produktionslogistik zu vereinfachen. Imes verfügt zu jenem Zeitpunkt über keinerlei Laser-Know-how. Stefan Neumann erhält über ein anderes Unternehmen den Kontakt zu dessen Laserlieferanten Rofin. Dort schlägt der zuständige Vertriebsleiter Andreas Schöllhorn vor, Muster der zu verschweißenden Teile zur Rofin-Baasel Lasertech GmbH & Co. KG nach Starnberg zu schicken. Das dortige Applikationslabor ist weltweit eines der größten, um neue Laserverfahren für die industrielle Materialbearbeitung zu evaluieren. Rund 30 unterschiedlichste Lasersysteme bis hin zu Femtosekundenlasern stehen dort für Versuche bereit.

Schnell ermitteln die Experten in Starnberg den optimalen Laserprozess für die Schweißverbindungen und schlagen auch ein dafür geeignetes System vor: den Laserschweiß-Arbeitsplatz Select, ergänzt um eine Drehachse. Der Select arbeitet als CNC-gesteuertes System genauso wie als Handschweißlaser. Er zeichnet sich durch die einfache CNC-Programmierung über manuelles Teach-In mit dem Joystick aus. Darüber hinaus bietet der Select auch die Voraussetzungen, um mit den sperrigen Edelstahl-Panzerschläuchen zurecht zu kommen, die bereits an einem der Fügepartner montiert sind.

Die CNC-gesteuerte Drehachse ermöglicht ein vollautomatisches Schweißen, das die Einhaltung der optimalen Prozessparameter wie Laserleistung, Pulsffrequenz und -formung sowie Vorschubgeschwindigkeit garantiert. Diese hohe Prozesssicherheit ist ein wesentliches Argument für Imes, da Sensor-Ausfälle aufgrund schwankender Fertigungsqualität unbedingt zu vermeiden sind.

Die praktische Demonstration der Lösung überzeugt und auch die Kosten für das System passen zu Neumanns geplantem Investitionsrahmen. Schöllhorn schlägt darüber hinaus einige optionale Erweiterungen vor, die den Anwendungsbereich des Systems weiter vergrößern. Er weiß, dass zur ursprünglich geplanten Laseranwendung schnell weitere Applikationen hinzu kommen können. Der Kaufbeurer Unternehmer Neumann verlässt sich auf diesen Rat, da Rofin nachgewiesen hat, seine Anwendung schnellstmöglich produktionsreif machen zu können. Die Investitionskosten für einen Select in Grundausstattung liegen bei etwa vierzigtausend Euro. Für ein voll ausgestattetes Neugerät mit Optionen wie CNC und Teach-In-Funktion sind, je nach Einsatzbereich, circa siebzigtausend Euro zu veranschlagen.

Rofin-Verkäufer Andreas Schöllhorn macht keinen Hehl daraus, dass ihm Kunden wie Stefan Neumann am liebsten sind: „In mittelständischen Unternehmen treffen wir oft Macher, die bereit sind, Verantwortung zu übernehmen und Entscheidungen zu treffen. Das ist immer ein Stück Vertrauensvorschuss, der uns dazu verpflichtet, alles in Bewegung zu setzen, um das gemeinsame Ziel bestmöglich zu erreichen.“

Die Inbetriebnahme wenige Tage später vor Ort übernimmt ein Rofin-Mitarbeiter mit umfangreicher Schulungserfahrung. In den folgenden zwei Tagen lernen die Ingenieure bei Imes alles, was zum Betrieb des Systems und zum Einrichten neuer Anwendungen nötig ist. Die Bedienung und Handhabung der CNC-gesteuerten Serienproduktion ist einfach, da alle Prozessparameter vollautomatisch geregelt werden können. So kann Stefan Neumann verschiedene Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die sonst andere Aufgaben in der Produktion übernehmen, flexibel für die Bedienung des Select einsetzen. Die Serienproduktion des HTT-04-Sensors mit Laserschweißsystem im Hause beginnt.

Heute ist Imes mit dem eigenen Laserschweißverfahren in der Lage, die Produktion deutlich flexibler und reaktionsschneller zu organisieren. Alle Effekte zusammengenommen, führte diese Maßnahme zu einer zwanzigprozentigen Produktionssteigerung. Die eigenen Schweißverbindungen sind in ihrer Feinheit den zugelieferten Teilen sogar deutlich überlegen. Neumann ist mit seiner Entscheidung zufrieden und meint rückblickend: „Wir wollten eine für uns neue Fertigungstechnologie in kurzer Zeit einführen. Dazu brauchten wir einen verlässlichen Partner, der uns schnell und unbürokratisch unterstützte. Rofin hat uns richtig beraten, sofort geliefert und die Mitarbeiter geschult. Ich hätte nicht gedacht, dass das Laserschweißsystem so einfach zu handhaben ist.“ Auch die Erweiterungen des Systems haben sich ausgezahlt. „Wir schweißen bereits eine weitere Verbindung mit dem Laser“ so Neumann, „und auch unser neues Produkt, das 2012 auf den Markt kommt, wird mehrere Laserschweißverbindungen enthalten.“

Julia Platter Marketing Communications bei der Rofin-Baasel Lasertech GmbH & Co. KG, Starnberg