Höhere Präzision in einer Aufspannung

Wenn Teile geschnitten, geschweißt und gehandhabt werden müssen, kommen traditionell mehrere Maschinen zum Einsatz, die jeweils einen anderen Bediener und den Transport des Teils zwischen ihnen erfordern. Das kostet nicht nur Zeit, es hat auch einen wesentlichen Einfluss auf die Präzision und Qualität des Endproduktes. Weil Technology hat deswegen eine Reihe flexibler Laserlösungen – die Flexible Laser Solutions (FLS) – entwickelt, die mehrere Anwendungen in einer einzigen Maschine ermöglichen. Ein Beispiel ist die Flexible Laser Cell (FLC), mit der Schneid- und Schweißprozesse in einer Aufspannung mit einem Werkzeugsatz durchgeführt werden können. Sie kombiniert viele verschiedene Schritte in einer Maschine und erfordert daher nicht mehrere Bediener. Mit diesem System ist es möglich, innerhalb weniger Minuten zwischen verschiedenen Produkttypen zu wechseln, mit nur geringfügigen Anpassungen der Werkzeuge und der Software. Sowohl der Laserkopf als auch das Teil werden so manipuliert, dass sie sechs Freiheitsgrade bieten, was die Herstellung zahlreicher, komplexer und völlig unterschiedlicher Teile auf ein und derselben Maschine ermöglicht. Ein Transport von Maschine zu Maschine entfällt dadurch.

Während des Prozesses wird automatisch gewechselt, eingestellt und feinjustiert. Eine einzige Laserquelle wird zusammen mit 2 – 3 verschiedenen Bearbeitungsoptiken verwendet, die in einem Schnellwechselsystem konfiguriert sind, wobei die Maschine in der Lage ist, dreidimensionale Konturen in bis zu sechs Freiheitsgraden zu schneiden und zu schweißen. So können eine Vielzahl komplizierter 3D-Blechbaugruppen hergestellt werden, beispielsweise Auspuffklappen und Türgriffe. Die FLC verfügt über zwei Arbeitsstationen mit einer Achse darüber, in der sich 2 – 3 verschiedene Bearbeitungsköpfe befinden, die sich frei zwischen den Stationen bewegen können. Das Teil wird eingespannt und mit einem der Bearbeitungsköpfe geschnitten. Nach dem Schneiden fährt der Schneidkopf weg und ein Schweißkopf setzt die Arbeit fort, ohne dass die Position auf dem Teil verloren geht. So werden nicht nur mögliche Beschädigungen während des Transports verhindert, sondern die Bearbeitungspräzision enorm gesteigert.

Diese Vorteile lassen sich klar an einem Beispiel verdeutlichen. Beim Schneiden eines Lochs in ein Metallrohr und anschließenden Einsetzen und Einschweißen einer Buchse in dieses Loch ergeben sich beispielsweise folgende Schwierigkeiten: „Wenn Sie das Rohr herausnehmen, wird das runde Loch, in das Sie gerade geschnitten haben, aufgrund der inneren Spannung elliptisch, so dass die Buchse, die Sie einsetzen wollen, nicht mehr passt. Wenn man dies mit Hilfe von Toleranzen ausgleicht, passt die Buchse zwar, aber man kann sie nicht lasergeschweißt einbauen, da der Spalt zwischen ihr und dem Rohr recht groß ist. Das bedeutet, dass man einen Zusatzwerkstoff und Schweißverfahren wie WIG/MIG/MAG-Schweißen verwenden muss, wodurch mehr Wärme ins System eingebracht wird und weitere Nachbearbeitungen erforderlich sind. Mit der FLC bleibt das Rohr stattdessen während des gesamten Prozesses eingespannt, so dass es ohne Komplikationen, zusätzliche Toleranzen oder Material eingelegt und lasergeschweißt werden kann. Es geht also nicht nur schneller, sondern ist auch viel präziser und erfordert weniger Arbeitsschritte, was weniger Kopfzerbrechen verursacht", so Artur Schellenberg, Product Manager Development & Innovation bei Weil Technology.

Doch nicht nur in der Theorie, auch in der Praxis konnte die Anlage bereits glänzen. So war es die Aufgabenstellung eines Kunden, eine Anlage zur Fertigung von Generatoren aus mehreren Bauteilen zu schaffen. In der konzipierten und mittlerweile beim Kunden produzierenden FLC werden nacheinander in einer Aufspannung folgende Arbeitsschritte vollzogen: Ein gerades gerolltes Rohr wird eingelegt und zunächst längsnahtgeschweißt. Anschließend werden an dieses automatisch eingespannte Rohr diverse Haltekomponenten angeschweißt. Dann wird der Behälter per Laser besäumt und an den Rohrenden werden Deckel dicht aufgeschweißt. Während der Behälter weiter in seiner Aufspannung in der FLC verbleibt, kann im nächsten Schritt ein Loch per Laser eingeschnitten werden, in das eine Muffe eingesetzt und verschweißt wird. Am Ende geht der fertige Generator automatisiert in eine kundenseitige Dichtprüfzelle. Die komplette Fertigung in einer Anlage erfordert durch die Automatisierung nur noch einen statt bisher drei Werker. Indem alle Bearbeitungsschritte positionsgenau in dergleichen Aufspannung erfolgen, ist eine sehr hohe Präzision gewährleistet. Durch den Einsatz des Lasers wurde die Taktzeit um 40 % im Vergleich zum abgelösten Prozess reduziert. Zusätzlich wird die Logistik durch die Fertigung in einer Maschine deutlich vereinfacht.

In diesem Fall werden auf der FLC zwei tiefgezogene, pressefallende Halbschalen synchron mit zwei Schneidoptiken zeitgleich lasergeschnitten, dann ohne Loslassen zusammengefügt und in der gleichen Aufspannung per Laser zu Türgriffen verschweißt. Die Halbschalen werden dabei per Roboter automatisch zugeführt, so dass der gesamte Prozess werkerunabhängig abläuft. Im Vergleich: Vorher musste der Hersteller die Halbschalen mechanisch beschneiden und dann per WIG-Verfahren zusammenschweißen. Mit der FLC sind alle Arbeitsschritte in einer Anlage vereint. Die Rüstzeit für Varianten beträgt damit nur noch 10 min, die Taktzeit nur ein Drittel gegenüber der vorherigen Fertigung. Durch die hoch präzise Bearbeitung in einer automatisierten Aufspannung können 15 % Material eingespart werden.