Produktive Kombination

Fokus/Schweißen

Bewährte Komponenten wie Diodenlaser arbeiten beim Remote-Laserschweißen Hand in Hand mit Schweißköpfen und Abtastoptiken. Diese Kombination ermöglicht effektive und produktive Prozesse.

13. Oktober 2014

Seit mehr als 13 Jahren werden Diodenlaser für die Serienfertigung im Karosseriebau eingesetzt. Die ersten Bauteile dieser Art hat Audi 2001 fürs Hartlöten von Heckklappen im Audi A3 installiert. Heute sind sie im Karosseriebau ein allgemeiner Industriestandard für Löt-, Schneide- und Schweißarbeiten an Aluminium und Stahl.

Der Anbieter Highyag Laserline ist ganz aktuell mit seinem Diodenlaser LDF4000-8 am Markt vertreten. Dieser ist mit einer aktiven Konverterfaser mit 200 Mikrometern Durchmesser bestückt und verfügt über eine Ausgangsleistung von 4000 Watt. Das System ist laut Hersteller sehr stabil und hochverfügbar und bietet eine anderen Produkten überlegene Strahlqualität. Die voraussichtliche Lebensdauer liegt bei 40000 bis 50000 Stunden. Innerhalb des Produktionszyklus eines Automodells ist darum kein Diodenaustausch notwendig.

In letzter Zeit ist mit dem Remote-Laserschweißen ein neues Verfahren für den Rohkarosseriebau stark aufgekommen. Charakteristisch hierfür sind die erhöhte Flexibilität, hohe Arbeitsgeschwindigkeit und eine reduzierte Zykluszeit. Das Verfahren baut auf dem Laserfügen auf, das im Vergleich zu herkömmlichen Verbindungstechniken wie Widerstandspunkt- oder Lichtbogenschweißen berührungslos und verschleißarm ist, eine geringe Wärmebelastung bringt sowie reproduzierbare, stabile Prozesse und den einseitigen Werkzeugzugang bei hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht.

Ein wesentlicher Faktor beim Remote-Laserschweißen ist die Kombination aus Hochleistungsdiode mit hoher Strahlqualität, Abtasteinheit und Robotersystem. Die Abtasteinheit besteht aus der Fokussieroptik mit einer relativ langen Brennweite in Kombination mit Galvanometer-Scanspiegeln. Durch diesen Aufbau lässt sich der Laserstrahl in Hochgeschwindigkeit auf dem Werkstück fokussieren. In den meisten verfügbaren Abtastsystemen ist die Fokusposition nicht auf eine zweidimensionale Ebene beschränkt – eine zusätzliche Linearachse in der Strahlkollimation ermöglicht jede beliebige 3D-Werkstückgeometrie.

Präziser Schweißkopf

Speziell konzipiert für das Verfahren ist zum Beispiel der Remote-Laserschweißkopf RLSK von Highyag. Er hat eine dreidimensionale Arbeitsfläche von 200 x 300 x 200 mm, der Fokus lässt sich in Millisekunden per Scanner verschieben. Basis ist ein spezielles Design des Linsensystems für Kollimation und Fokusformung des Laserstrahls. Dieser Aufbau soll für einen konstanten Fokusdurchmesser sorgen und verlässliche Prozessresultate im gesamten Arbeitsbereich garantieren.

Die integrierte lineare Achse, auf der das Kollimatormodul sitzt, ist nicht nur für das Verschieben der Einheit und somit die Fokusposition in der Z-Dimension zuständig, sie richtet auch die beiden Laserpointer-Strahlen auf die Position des Laserfokusses aus. So kann Anwender den Schweißprozess schon offline präzise vorprogrammieren.

Die optische Anordnung ermöglicht eine extrem schnelle Umschaltung zwischen den gewünschten Schweißverbindungen, was laut Highyag zu einer erheblichen Verringerung der Laser-Stillstandzeit führt. Zusätzlich ermöglicht der große Arbeitsabstand eine vereinfachte Klemmtechnik und den Schutz der Optik vor Schweißspritzern. Um den Zugang zum Werkstück und die Systemflexibilität zu verbessern, wird die Abtasteinheit an einem sechsachsigen Roboter montiert.

Der Diodenlaser LDF4000-8 erfüllt laut Hersteller alle Anforderungen, die in der Rohkarosseriefertigung ans Remote-Laserschweißen gestellt werden. Dazu gehörten die ausgezeichnete Strahlqualität und somit Fokussierbarkeit, einfache Integration und eine operative Verfügbarkeit von mehr als 99,5 Prozent. Fasergeführte Diodenlaser von Laserline und solche mit aktiver Konverterfaser lassen sich einfach in Produktionslinien mit unterschiedlichen Anwendungen kombinieren. Im Zusammenspiel einer robotergeführten Abtasteinheit mit dem LDF4000-8 entsteht eine starke Synergiewirkung, denn die gewonnene Flexibilität begünstigt das Schweißen von unterschiedlichen Karosseriearchitekturen in einer einzigen Produktionslinie.

In praktischen Versuchen qualifizierte ThyssenKrupp System Engineering (TKSE) den RLSK und den LDF 4000-8 in Kombination mit dem Abtastsystem Intelliweld von Scanlab für ihre Anwendungen. Dank des geringen Faserdurchmessers und des ›Tri-fold‹-Querschnittsverhältnisses erfolgt der Schweißvorgang mit einer Punktgröße von 0,6 mm bei einer Brennweite zwischen 500 und 600 mm. TKSE hat eigens ein Remote-Schweißverfahren für Türwangen eingerichtet, um die Diodenlaser von Laserline mit ihrer hohen Strahlqualität in Kombination mit den genannten Optiken einsetzen zu können. Dank der Remote-Schweißtechnik ist die unproduktive Zeit zwischen dem Schweißen von Nähten minimiert worden und die Lasernutzung maximiert. Durch die Nutzung des Remote-Schweißverfahrens, wie etwa beim Verschweißen der Türinnenkonstruktion mit einer hohen Zahl von Schweißnähten, führt diese hohe Auslastung zu einer erheblichen Verringerung der Anlagen- und Investitionskosten.

In der Anwendung bei TKSE ermöglichen der einseitige Zugang, ein vereinfachter Klemmvorgang und kleinere Anschweißflansche ein vollkommen neues Komponentendesign in Bezug auf Materialmix, Geometrie und Gewicht. Das Remote-Schweißverfahren gestattet darüber hinaus das Verschweißen von lastoptimierten Schweißgeometrien und die Herstellung sogenannter »Schweißnoppen«, die bei der Verwendung von verzinktem Stahl einen Entgasungsspalt gewährleisten. Alle diese unterschiedlichen Möglichkeiten hat ThyssenKrupp mit dem neuen LDF 4000-8 und den beiden Abtastsystemen getestet.

Anwender können die Laserauslastung zudem mit der Highyag-Software RLSK-Studio optimieren. Sie dient zur Programmierung des Schweißkopfes und synchronisiert die RLSK-Fokusbewegung mit der Führung des Roboters. Prozesse lassen sich leichter einrichten und frei programmierte nicht lineare Schweißbahnen realisieren. Es ist möglich, über die grafische Benutzeroberfläche des RLSK-Studios Daten zu Werkstücken oder Komponenten herunter- und hochzuladen sowie zum Beispiel Nahtführung, Schweißgeschwindigkeit und Laserleistung zu steuern. Zudem arbeitet RLSK-Studio unabhängig von der Wahl des Roboters.

Euroblech Halle 11, G68

Halle 15, Stand F09

Zahlen & Fakten

Laser schaffen die Voraussetzungen für Leichtbauweise in der Automobilproduktion, eröffnen neue Konstruktionsmöglichkeiten und senken die Kosten im Karosseriebau. Diodenlaser werden in allen gängigen Karosseriefertigungsanwendungen eingesetzt, wie Hartlöten, Schweißen von Stahl und Aluminium und Schneiden. Heute werden weltweit etwa 450 Laser dieser Art für solche Anwendungen genutzt, und die Tendenz ist weiterhin steigend.

Erschienen in Ausgabe: 06/2014