Laser liefert Lösungen

Laserstrahlbearbeitung: Der Maschinenbauer Klatec Automatisierungstechnik, Hemer, entwickelt eine Laserschweiß- und Schneidanlage für das Unternehmen Dauermagnet-Systemtechnik, Neuenrade, auf Basis eines Rofin Slab Lasers mit 2.000 Watt Laserleistung.

22. November 2005

Mai 2005 - Wie eine erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen einem Laserspezialisten und einem Sondermaschinenbauer aussehen kann, zeigten die Rofin-Sinar Laser GmbH aus Hamburg und die Klatec Automatisierungstechnik GmbH, Hemer, mit einer maßgeschneiderten Lösung, einer Laserschneid- und -schweißanlage für das Unternehmen Dauermagnet-SystemTechnik GmbH (DST) aus Neuenrade. DST fertigt seit 1991 Dauermagnetkupplungen für die unterschiedlichsten Industriebereiche, wie die chemische Industrie, die pharmazeutische Industrie, die Lebensmittelindustrie, die Biotechnologie, den Industrieofenbau, in Kompressoren, in der Messtechnik, Dosiertechnik und Hydraulik.

Magnettechnik

Diese Magnetsysteme werden zur berührungslosen Kraft­übertragung in den verschiedensten Arten von Pumpen, aber auch in Rührwerken eingesetzt und erlauben die schonende und verschleißfreie Übertragung von hohen Drehmomenten. Die Magnete werden dabei vollständig gekapselt - in der Regel in Edelstahl - und gasdicht geschweißt, um auch den Anforderungen von hochtoxischen und aggressiven Medien zu genügen. Während man anfangs versuchte, die Magnetkupplungen mit konventionellen Schweißmethoden zu fertigen, wandte sich das Unternehmen bereits nach kurzer Zeit der Lasertechnologie zu, da herkömmliche Verfahren vom Magnetfeld des zu bearbeitenden Werkstückes gestört wurden. Der Laserstrahl hingegen wird nicht beeinflusst und kann daher un­mittelbar am Magnetfeld eingesetzt werden.

Erst zum Lohnfertiger

Die Anschaffung einer eigenen Laseranlage war jedoch aufgrund der geringen Stückzahlen wirtschaftlich nicht sinnvoll, und somit musste zunächst ein Lohnfertiger gefunden werden, der die Bauteile mit dem Laser in gewünschter Qualität fertigt. Es gibt eine Vielzahl von Lohnfertigern, die Laser in Kombination mit Standardmaschinen für Schneidaufgaben einsetzen, aber nur wenige führen auch Schweißaufgaben durch, da in der Regel keine Standardmaschinen eingesetzt werden können und für jeden Anwendungsfall eine spezielle Anlage konzipiert werden muss.

Ein externer Laserschweißer wurde in 350 km gefunden, wo die Dauermagnet-Kupplungen mit einem CO2-Laser (Rofin SM Serie) von 1992 bis 2003 gefertigt wurden. Die große Entfernung zu dem Lohnfertiger erforderte jedoch erheblichen logistischen Aufwand, zum einen aufgrund der Variantenvielfalt (>100) der Magnet-Systeme, zum anderen wegen der aufwändigen Verpackung der Bauteile, wodurch die Flexibi­lität der Produktion von DST stark eingeschränkt wurde.

Steigende ­Stückzahlen

In den letzten Jahren haben Dauermagnet-Kupplungen ihr Einsatzspektrum jedoch stetig erweitert, was auch zu stark ansteigenden Stückzahlen bei DST führte. Auf dieser Basis war nun die Anschaffung einer eigenen Laseranlage wirtschaftlich sinnvoll und sollte zugleich die führende Rolle des Unternehmens bei der Entwicklung dieser Systeme weiter ausbauen.

Der Kontakt zu Rofin-Sinar bestand bereits durch die langjährige Zusammenarbeit mit dem Lohnfertiger, und ein kom­petenter Partner für den Bau der kombinierten Schneid- und Schweißanlage wurde mit der Firma Klatec in dem nur 20 km entfernten Hemer gefunden.

Automatisierung nach Maß

Die Klatec Automatisierungstechnik GmbH wurde 1992 ­gegründet und ist im Son­dermaschinenbau für die unterschiedlichsten Bereiche in der Industrie tätig. Dazu zählen unter anderem die Elektro-, Kunststoff-, Kfz- und Me­tall­industrie, für die das Unternehmen Vorrichtungen, Zuführsysteme, Rundtaktmontageanlagen, Sondermaschinen und Transfersysteme projektiert und fertigt. Neben der Konstruktion und Entwicklung, Montage und Inbetriebnahme bietet der Automatisierer aus Hemer auch Leistungen wie Steuerungstechnik und Softwareentwicklung an.

Neuland

Mit dem Bau einer fünfachsigen Laseranlage hat das Unternehmen jedoch technisches Neuland betreten, konnte aber auf ein großes Erfahrungs­potenzial aus anderen Indus­triebereichen zurückgreifen.

In enger Zusammenarbeit mit Rofin-Sinar hat der Automatisierer Klatec in einem Zeitraum von nur neun Monaten die Laserbearbeitungsanlage entwickelt und gefertigt, die gemäß den Anforderungen von DST sowohl zum Schweißen als auch zum Schneiden eingesetzt werden kann, wobei die Hauptaufgabe im Schweißen rotationssymmetrischer Bauteile aus Edelstahl liegt.

Option fürs Blech

Als zusätzliche Option können Bleche bis circa 6 mm Dicke bei Geschwindigkeiten bis zu 12 m/min geschnitten werden. Diese Option wird von DST für das Zuschneiden der Abdichtungsringe verwendet, die anschließend von beiden Seiten auf das Bauteil auf­geschweißt werden und das Ma­gnetsystem hermetisch abdichten.

Für eine Hohe Variantenvielfalt

Über Schnellkupplungen kann der manuelle Umbau von Schneiden auf Schweißen innerhalb kürzester Zeit erfolgen, um einen hohen Ausnutzungsgrad der Anlage zu gewährleisten.

Im Schweißprozess werden die Abdichtungsringe radial innen und außen auf die Edelstahlhülse aufgeschweißt, in der sich der Magnet befindet. ­Dabei liegt die Einschweißtiefe bei circa 2,5 mm. Aufgrund der großen Variantenvielfalt der Dauermagnetkupplungen ist die Anlage so konzipiert, dass Bauteile mit Durchmessern von 25 bis 350 mm bei Längen von 25 bis 600 mm geschweißt werden können. Die Steuerung des Gesamtsystems und der unterschiedlichen Prozesse erfolgt über eine NC-Bediener­oberfläche und eine Hochleistungssteuerung von Siemens (Siemens 840D), die in Kom­bination mit der optimierten Laserleistungssteuerung eine sehr hohe Prozesssicherheit bietet. Als Laserstrahlquelle dient ein diffusionsgekühlter CO2-Laser von Rofin-Sinar mit einer Ausgangsleistung von 2.000 Watt (Rofin DC 020), womit Einschweißtiefen bis zu fünf Millimetern in Edelstahl sicher erreicht werden können.

„Kraftquelle“ aus Hamburg

Diese Strahlquelle basiert auf der patentierten CO2-Slab-Lasertechnologie und zeichnet sich neben der guten Strahlqualität von K >?0,9 dadurch aus, dass sie keine Gasumwälzung benötigt. Durch den geringen Abstand der Elektroden voneinander ist eine intensive Wärmeabfuhr aus dem Ent­ladungsraum über die direkt wassergekühlten Elektroden möglich, so dass eine vergleichsweise hohe Leistungsdichte erreicht wird. Der Resonator ist aus rotationsparabolisch geformten Spiegeln aufgebaut und erlaubt die Auskopplung eines sehr gut fokussierbaren Laserstrahles. Ein Gaswechsel wird nur noch alle 72 Stunden notwendig, was einen minimalen Gasverbrauch der wartungsarmen und damit sehr servicefreundlichen Laser zur Folge hat. Seit einem Jahr ist die kombinierte Laserschneid- und -schweißanlage von Klatec nun im Einsatz und ermöglicht der Firma DST die flexible und effiziente Fertigung. Durch den hohen Ausnutzungsgrad der Anlage wird erwartet, dass sich die Inves­tition bereits in kurzer Zeit amortisiert.

Corinna Brettschneider

BackgroundLeistungsstark und sparsam

Der Rofin Slab Laser _ Bei diffusionsgekühlten CO2-Slab-Lasern, die heute mit Ausgangsleistungen bis zu 6 kW verfügbar sind, findet zwischen zwei großflächigen Kupferelektroden eine Hochfrequenzgasentladung statt.

Durch den geringen Abstand der Elektroden voneinander ist eine intensive Wärmeabfuhr aus dem Entladungsraum über die direkt wassergekühlten Elektroden möglich (Diffusionskühlung), so dass eine vergleichsweise hohe Leistungsdichte erreicht wird. Der Resonator ist aus rotationsparabolisch geformten Spiegeln aufgebaut und erlaubt die Auskopplung eines sehr gut fokussierbaren Laserstrahles. In externen, reflektiven Strahlformungskomponenten wird aus dem Rohstrahl ein rotationssymmetrischer Strahl mit einer nahezu perfekten Strahlqualität von K >0,9 geformt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieses Lasers ist neben dem kompakten und nahezu verschleißfreien Aufbau der praktisch vernachlässigbare Gasverbrauch. Im Gegensatz zu allen geströmten Lasern muss frisches Lasergas nur in gewissen Intervallen zugeführt werden.

Vorteil ist also, dass mit der Installation eines Slab Lasers eine externe Gasversorgung entfallen kann. Zudem entfällt für den Betreiber die Logistik für den permanenten Gasflaschentausch.

Erschienen in Ausgabe: 11/2005