Hochleistungslaser erhöhen Produktivität

Future/Leichtmetalle

Um die Kosten für Aluminium-Platinen, die für die Hausgeräte- und Automobilindustrie gebraucht werden, zu senken, wurde in Dormagen ein großer Schritt in Richtung größerer Wirtschaftlichkeit beim Schneiden dieser Platinen gemacht. Beteiligt waren ALS (Aluminium Laser Service), Schuler und der Aluminiumlieferant Hydro.

15. Oktober 2013

Heinz-Walter Schewe, der ALS-Geschäftsführer, hat viel Erfahrung, was die Weiterverarbeitung von Aluminium-Coils angeht. Seit mehreren Jahrzehnten arbeitet er daran, seinen Kunden passgenaue Stahl- und Aluminiumteile zur Weiterverarbeitung zu schneiden. Er kann sich noch gut erinnern, wie aufwendig und schwierig es war, zunächst Stahlplatinen und später Aluminiumplatinen zu schneiden. Grundlage waren und sind von der Aluminiumhütte Hydro gelieferte 2,15-m-Coils.

Viel Erfahrung und Know-how waren nötig, um unterschiedlich breite Streifen aus den Coils herauszuschneiden (spalten). Damals wie heute kam es darauf an, mit den sogenannten Rollscherenmessern möglichst wenig Verschnitt zu produzieren. Ziel ist, daraus maßgenaue Fahrzeug- oder Hausgerätebleche herzustellen. Sein Know-how hatte sich Heinz-Walter Schewe in der Region Hohenlimburg erarbeitet. Diese Gegend kann zu Recht als das Zentrum der deutschen Kaltwalzindustrie bezeichnet werden. Die industrielle Anwendung der Kaltwalztechnologie hat ihren Ursprung bei den Drahtziehern, die sich in den Hohenlimburger Tälern angesiedelt hatten. Noch heute werden etwa 70 Prozent der deutschen Kaltwalzerzeugnisse im Raum Hohenlimburg produziert. Die dort erzeugten Produkte finden nach wie vor in der Elektro- und Automobilindustrie, der Eisen-, Blech- und Metallverarbeitung, aber auch in der Feinmechanik reißenden Absatz.

Weniger Abfall

Auch wenn die Technik des Spaltens von Heinz-Walter Schewe und seinen Mitarbeitern kontinuierlich weiterentwickelt werden konnte, war irgendwann der Punkt erreicht, an dem trotz der ausgefeilten Schneidetechnik bei ALS der Anteil nicht verwertbarer Aluminium-Reste, die in den Abfall wanderten, zu hoch war. Auch wenn schon immer der sogenannte Aluminiumschrott recycelt wurde, war klar: Zu viel Abfall geht zu Lasten der Wirtschaftlichkeit. Aber solange es kein besseres Verfahren als das Spalten von Metall-Coils gibt und das anschließende Weiterverarbeiten mit Stanzen und Pressen, lässt sich die Produktivität in nur ganz kleinen Schritten erhöhen. Für die Verantwortlichen bei Hydro und ALS war das Grund genug, über Alternativen bei der Verarbeitung von Aluminium-Coils nachzudenken.

Nun ist endlich ein großer und bedeutender Schritt zu mehr Produktivität gelungen. In Zusammenarbeit mit Schuler Automation aus dem bayerischen Heßdorf, einer Tochter des Maschinenbauers Schuler, wurde vor wenigen Wochen unter der Bezeichnung Dynamicflow Technology eine neue Platinenschneidanlage vorgestellt, die nach Angaben von Schuler moderne Laserverfahren mit kontinuierlicher Bandzuführung verbindet. Die Grundidee, die dahinter steckt, ist eigentlich ganz simpel: Platinen aus Stahl- oder Aluminiumblech, die Pressen zu Bauteilen wie etwa Autotüren umformen, können entweder mit Werkzeugen oder per Laser zugeschnitten werden. Die neuen Platinenschneidanlagen mit Laser haben den Vorteil, dass keine Investitionen in Werkzeuge und deren Instandhaltung getätigt und Werkzeugwechsel in der Produktion nicht berücksichtigt werden müssen. Vorteilhaft ist das zum Beispiel bei häufigen Produktwechseln.

Hinzu kommt, dass auch hochfeste Stahlsorten für die Laserschneidanlage keine Hindernisse darstellen. Wo bislang Werkzeuge wegen der größeren Festigkeit der neuen Werkstoffe überholt oder gar erneuert werden müssen, schneidet der Hochleistungslaser munter weiter. Beim Werkstoff Aluminium, wie er bei ALS verarbeitet wird, sind momentan noch keine Verschleißerscheinungen bekannt und werden auch so schnell nicht erwartet, wie Heinz-Walter Schewe auf Nachfrage mitteilte. Zwar rechnet er damit, dass eventuell die Schutzgläser vor den Linsen verschmutzen könnten. Wann genau und nach wie vielen Betriebsstunden, weiß er zur Zeit allerdings noch nicht. Schewe: »Das müssen wir einfach abwarten, wir haben diesbezüglich noch keine Erfahrungswerte. Wenn es soweit ist, wird sich das Automatisierungssystem melden und dieses anzeigen.«

Ganz ohne Werkzeugwechsel

Beunruhigt ist er aber deshalb nicht, weil erstens die Schutzgläser mit Stückkosten unter fünf Euro nicht teuer sind und obendrein schnell ausgewechselt werden können. Schewe: »Im Vergleich zu den Kosten für einen Werkzeugwechsel oder einer Nachbearbeitung der Werkzeuge rechne ich in diesem Zusammenhang mit geringen Kosten.« Dasselbe gilt auch für die eingebauten Düsen. Zur Erklärung: Die Kompressoren erzeugen einen Schneidgasdruck bis 20 bar, um das aufgeschmolzene Material über die Schneiddüsen abzublasen. Die Höhe des Betriebsdruckes ist von der Art und der Dicke des Materials abhängig. Die Einstellung auf die unterschiedlichen Blechdicken erfolgt automatisch, weil bereits produzierte Platinen mit allen Einstellungen und Parametern als Werkzeugdaten in der Steuerung hinterlegt sind.

Die guten Eigenschaften, die letztlich den Geschäftsführer von ALS überzeugt haben, das Laserschneidsystem Dynamicflow einzusetzen, beschreibt Stephan Mergner, Geschäftsführer von Schuler Automation, so: »Wir setzen mit dem System neue Maßstäbe für die Geschwindigkeit beim Laserschneiden von Platinen. Dank maximaler Flexibilität und kurzer Rüstzeiten lassen sich selbst kleine Produktionsmengen hochwirtschaftlich just in time fertigen.« Unter dem Strich ist die gleichzeitige Herstellung unterschiedlichster Platinenformen ebenso möglich wie die Optimierung der Konturen noch während der laufenden Produktion. Mergner: »Das Ergebnis ist eine hohe Ausbringung bei gleichzeitig großer Flexibilität.«

Vorteil: Jahrelange Erfahrung

Dass nun die erste verkaufte Laser-Platinenschneidanlage in Dormagen steht, hat viel mit der jahrelangen Erfahrung beim Bau automatisierter Pressen, Stanzen, Bandzuführanlagen und Vorschübe für Bleche bei Schuler zu tun. Fest steht, dass der Entwicklungsaufwand sehr groß gewesen sein muss. Aber so richtig spricht keiner der Verantwortlichen des Unternehmens darüber. Was wie falsche Bescheidenheit erscheint, ist wohl eher der Versuch, nicht zu viel an Forschungs- und Entwicklungs-Know-how preiszugeben. Schließlich stecken mehrere Jahre intensiver Arbeit – davon allein rund zwei Jahre mit dem Kunden – in der Anlage. Der stellvertretende Vertriebsleiter Manuel Hunger erklärte während der Präsentation der neuen Anlage, welche Erwartungen die anwesenden Kunden und Anwender an die neue Anlage haben dürfen.

Auch wenn bei ALS ausschließlich Aluminium verarbeitet wird, ist dieser Anlagentyp auch für das Schneiden von Hochleistungsstählen gedacht. Damit nimmt er den Faden auf, den schon der Geschäftsführer Stephan Mergner in seinem Podiumsgespräch mit seinem ALS-Partner Schewe beschrieben hat: Kein Werkzeugwechsel, kaum Verschleiß, kleine Losgrößen und saubere Schnitte machen die Maschine zum kompakten Helfer für mehr Produktivität in der Zulieferindustrie.

Die Gäste der Präsentationsveranstaltung – überwiegend Kunden aus der Automobil- und Zulieferindustrie – wurden Zeuge, wie auf der neuen Anlage Platinen mit komplexer Form aus einem kontinuierlich laufenden Aluminiumband herausgeschnitten wurden. Manuel Hunger erläuterte ausführlich, wie das Herzstück der Anlage, die Lasertechnologie, in die Anlage integriert ist und wie sie funktioniert. In der ›Laser Blanking Line‹ arbeiten drei Laserschneidköpfe parallel und sorgen so für eine Arbeitsgeschwindigkeit, die bislang für nicht möglich gehalten wurde. Bei den Strahlquellen setzen die Schuler-Experten auf Faserlaser. Das sind Festkörperlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm. Der Wirkungsgrad dieser von IPG zugekauften Bauteile mit jeweils vier Kilowatt Leistung liegt bei 30 Prozent. Über drei 50-µm-Transportfasern wird der Strahl zu den Laserschneidköpfen geleitet. Ein Kühlaggregat schützt Strahlquelle und optische Einrichtungen vor Überhitzung.

60 Meter pro Minute

Bleche von 0,8 bis 3 mm Dicke können aus den bis 2150 Millimeter breiten Coils herausgeschnitten werden. Von einem Offline-Programmierplatz werden mit Hilfe eines CAD-CAM-Systems unterschiedliche Geometrien und Konturen der gewünschten Teile festgelegt und anschließend wie gewünscht aus den Coils herausgeschnitten. Ein Ziel dabei: möglichst wenig Abfall produzieren. Die Zahlen sprechen in diesem Zusammenhang für sich: bis zu 30 Prozent weniger Verschnitt im Vergleich zu anderen Technologien ( Scheren oder Stanzen). Manuel Hunger wies in diesem Kontext darauf hin, dass die Bandgeschwindigkeit von maximal 60 m pro Minute dazu führen dürfte, dass bei künftigen Anlagen das Stapelkonzept überarbeitet werden muss. Allerdings, so Manuel Hunger, wird die maximale Geschwindigkeit nur selten erreicht. Die Schneidgeschwindigkeiten und die daraus resultierende Bandgeschwindigkeit müssen sich meistens der maximalen Schnittkantenqualität unterordnen. Aluminium ist grundsätzlich technisch sehr aufwendig zu schneiden. Ein Teil der eingebrachten Strahlung wird reflektiert. Bei hohen Schneidgeschwindigkeiten liegen jedoch im Vergleich zu CO2-Lasersystemen die Vorteile eindeutig aufseiten der Festkörperlaser.

Insgesamt macht sich der Einsatz der Lasertechnologie auch bei der Anlagengröße bemerkbar. Wie Manuel Hunger anmerkte, ist bei diesen Anlagen mit um 30 bis 40 Prozent niedrigeren Abmessungen im Vergleich zu konventionellen Schnittlinien zu rechnen. Deshalb sind die DFT-Laserschneidanlagen bei geringen Platzverhältnissen und geringen Hallenhöhen einsetzbar. Hunger: »Fundamentgruben werden überflüssig. Auch die Lärmemission vermindert sich spürbar, wodurch weniger Lärmschutzmaßnahmen erforderlich sind.« Geschäftsführer Stephan Mergner ergänzte zu diesem Thema: »Die Dynamicflow-Technologie bietet so höchst flexible Produktionsbedingungen bei vergleichsweise niedrigen Investitionskosten.«

Die angesprochenen Kosten bezogen sich allerdings auch auf die Baukosten der notwendigen Produktionsräume. Wie teuer letztlich der Inhalt, sprich die Maschine ist, war nicht zu erfahren. Heinz Walter Schewe: »Die Anlagenkosten behalte ich zunächst noch für mich, damit ich bei der Kalkulation der Stückkosten unabhängiger bin.«

Stapel- und Transportanlagen aus dem Baukasten

Zum Abstapeln von Zuschnitten und Formplatinen stellt Schuler verschiedene Stapelsysteme her. Dabei stehen der Oberflächen- und Kantenschutz sowie ein exaktes Stapelergebnis im Vordergrund. Abhängig von Abmessungen, Oberflächen und Materialien der zu stapelnden Platinen werden Gebläse-, Drehkreuz-, Magnetband-, Vakuumbandstapler oder eine Kombination aus Magnet- und Vakuumsystem als Standardprodukte angeboten.

Für den Transport der Paletten und Stapel sind unterschiedliche Logistikkonzepte möglich, die von den eingesetzten Palettentypen, den Abmessungen der Platinen und den individuellen Verpackungs- und Handhabungsanforderungen abhängen. Schuler liefert hierfür Kettenförderer, Rollenförderer, kombinierte Rollen- und Kettenfördersysteme zur Änderung der Transportrichtung sowie Stapelwagen mit und ohne Drehvorrichtungen. Schnelle Wechselzeiten und ein sicherer Transport der Pakete sind, wie es heißt, selbstverständlich.

Hans-Ulrich Tschätsch

Fachjournalist aus Essen

Hochpräzise Längsteilanlage für China

Auch wenn bei ALS in Dormagen eine Schuler-Laserschneidanlage die Produktivität erhöht, soll eine konventionelle Längsteilanlage von Siemens beim chinesischen Stahlerzeuger Anshan Iron and Steel Group Corporation für ein ähnliches Ergebnis sorgen. Der Siemens-Bereich Metals Technologies wird bis Mitte 2014 eine Längsteilanlage in einem Werk von Anshan in Südchina installieren. Dort soll dann qualitativ hochwertiges Kaltband für die Automobilindustrie geschnitten werden. Herzstück der Anlage wird ein Capstan-Schneidkopf sein, der mit einen System zum schnellen Werkzeugwechsel ausgestattet ist. Die Anlage kann mit einem Roboter für die Werkzeugbestückung kombiniert werden. Dies soll nach Angaben von Siemens die Zuverlässigkeit der Anlage erhöhen und gleichzeitig die Bearbeitung der Metallbänder flexibler machen. Siemens liefert die Prozesstechnik und die mechanische Ausrüstung der Längsteilanlage, projektiert die Automatisierung und überwacht die Montage und Inbetriebnahme. Die Produktionslinie verarbeitet Innen- und Außenbleche mit hoher Oberflächenqualität für Kraftfahrzeuge gemäß der Normen A (O3) und B (O5) und setzt bis zu 30 parallele Schnitte. Auf der Längsteilanlage können Bänder mit einer Breite bis 1850 Millimeter und Dicken zwischen 0,3 und zwei Millimetern geschnitten werden. Die Streckgrenze der Stähle beträgt bis zu 800 Megapascal. Für die erforderliche Bandspannung sorgt eine von Siemens entwickelte, Kratzer vermeidende Riemeneinheit.

Erschienen in Ausgabe: 06/2013