Engineering-Kompetenz von Lasersystemherstellern ist entscheidend für anspruchsvolle Anwendungen
Lasersysteme für anspruchsvolle dreidimensionale Schweiß- oder Bearbeitungsanwendungen in Bereichen wie Industrie oder Forschung erfordern eine hohe Engineering-Kompetenz des Herstellers. Dies gilt insbesondere für die Entwicklung von individuellen Lösungen, die den spezifischen Anforderungen des Anwenders gerecht werden.
Ein Gespräch mit einem Hersteller und einem Anwender zeigt, welche Aspekte der Engineering-Kompetenz für den Erfolg einer Anwendung wichtig sind.
Die Karl H. Arnold Maschinenfabrik GmbH & Co. KG hat sich aus einer Spezialschweisserei entwickelt, die bereits vor dem Einstieg in die Lasertechnologie über ein breites Know-how im Bereich Schweissen und Spanntechnik verfügte. Heute ist das Unternehmen ein Hersteller komplexer, vollautomatisierter Lasersysteme für anspruchsvolle Fertigungsaufgaben mit dreidimensionaler Strahlführung. Zu den schlüsselfertigen Lösungen gehören auch alle erforderlichen Vorrichtungen und Begleitprozesse wie Press-, Erwärm- oder Reinigungsstationen sowie die Qualitätsprüfung zum Beispiel mittels Ultraschalltechnik.
«Unsere Aufgabenstellungen sind fast schon unendlich vielfältig», erläutert Hansjörg Klotz, Vertriebsleiter bei Arnold Maschinenfabrik. Deshalb gebe es so gut wie keine Systeme von der Stange: Fast jede Anlage sei eine exakt auf die individuellen Aufgabenstellungen des Kunden hin optimierte Sonderanfertigung. Das zwinge zu hoher Flexibilität und Innovationsbereitschaft. So sei man bezüglich der Strahlquellen nicht auf ein Fabrikat festgelegt, sondern beziehe die jeweils geeignetsten Aggregate von führenden Herstellern. Es gebe auch Anlagenlösungen, in die mehrere unterschiedliche Strahlquellen integriert werden. Das gleiche gelte auch für die enorme Bandbreite an Prozess- und Automationstechnologien. Auch hierfür gebe es eine Auswahl bewährter Zulieferpartner.
«Unsere Aufgabenstellungen gehen mittlerweile weit über die ursprünglichen Standardschweissungen an Stählen und Aluminium hinaus», erläutert Klotz. Heute verbinde man selbst exotische Werkstoffe wie pulvermetallurgisch erzeugte Molybdän-Kupfer-Verbunde, erzeuge Schweissverbindungen von Alu-Druckguss mit Walzaluminium oder druckdichte Schweissverbindungen an grossflächigen Edelstahlblechen für Wärmetauscher. Praktiziert werden unter anderem Tiefschweissen, Pulverauftragsschweissen, Löten oder Härten. Eine Sonderanlage erledigt sogar das Entgraten von Schnittkanten durch kurzes Anschmelzen, andere löten exotische Werkstoffe in einer Vakuumkammer, härten genau definierte Oberflächenbereiche oder polieren Glasbauteile mittels Laser. Es gibt zudem extrem anspruchsvolle Sonderlösungen für die Behandlung von kornorientierten Elektroblechen für die Trafoherstellung oder für die Erzeugung feinster Lochbilder in Maschinenkomponenten für die Papierherstellung.
In einem anderen Fall ging es um die Entwicklung einer hochgenauen Strahlführung für das kontinuierliche Verschweissen von Plattierungsblechen mit Rohren innerhalb des engen Spalts zwischen Rohr und Blech während des Aufwickelns. Für Versuche sowie für Auftragsspitzen oder ausgefallene Aufgabenstellungen von Kunden verfügt Arnold über einen eigenen Job-Shop mit gut adaptierbaren Anlagen.
«Angesichts der Vielfalt der an uns herangetragenen Kundenwünsche legen wir unsere Systeme so modular und so vielseitig anpassbar wie möglich aus», sagt Klotz.
Die dadurch mögliche Kostensenkung bei der Grundstruktur verschaffe den Entwicklern Freiräume, um sich auf die Optimierung der kundenspezifischen Sonderausstattungen zu konzentrieren. Beispiel für einen solchen Anlagentyp ist das Flexline-3D-Lasersystem, das grosse Fahrwege auf relativ kleiner Grundfläche bietet. Das tragende Grundgestell, auf dem alle Komponenten aufgebaut sind, ermöglicht nach der Abnahme den schnellen Transport zum Kunden. Die jeweils gewünschte 5-Achs-Kinematik kann durch verschiedene Kombinationen von Fahrwegen, Optik und Werkstück realisiert werden. Die verschiedenen Köpfe lassen sich schnell austauschen.
«Für ein Projekt, bei dem es um den langzeitig vakuumdichten Verschluss eines Elektronikgehäuses für den Satelliteneinsatz geht, arbeiten wir bereits seit Jahren mit der Firma Karl H. Arnold eng zusammen», sagt Norbert Müller.
Er ist am Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik in DE-Berlin tätig. Im Rahmen des Projekts kommt eine modulare, äusserst flexibel verwendbare Anlage des Typs Flexline zum Einsatz, die mit zwei unterschiedlichen Laserquellen ausgestattet werden kann. Eine Schnellkuppel-Schnittstelle erlaubt den Einsatz von bis zu drei Laseroptiken. Die Anlage ist mit allen Festkörper-Laserquellen kompatibel und kann sowohl für Forschungszwecke als auch für die Entwicklung von Prozessen oder zur Bearbeitung von kleineren Serien verwendet werden. Im vorliegenden Fall ist sie mit einem 200-W-Multimodelaser für Lötanwendungen sowie einem 2-kW-Singlemodelaser für Schweissaufgaben ausgestattet. Primäre Aufgabe ist derzeit die Entwicklung eines Lötverfahrens für ein Elektronikgehäuse, welches ein ausgeklügeltes Gasgemisch im Vakuum des Weltalls für mindestens 15 Jahre sicher einschliessen muss. Dieser Lötprozess muss in einer eigens hierfür ent wickelten Vakuumkammer erfolgen. Wegen Platzproblemen am Institut erfolgten gemeinsame Entwicklungsarbeiten bisher in den Werkshallen von Arnold in DE-Ravensburg.
Die Fachleute von Arnold hätten sich bei allen aufkommenden Fragen und Problemen stets als kompetent und reaktionsschnell erwiesen, so Müller. Seine Mitarbeiter konnten ihre Versuche an der in Ravensburg betriebsfertig installierten Anlage durchführen. Als Entwickler, die sich in ein kompliziertes Neuland voranzutasten hatten, musste man viele Fragen stellen und wollte es dann oft ganz genau wissen. Die Arnold-Mitarbeiter hätten auf diese besonderen Bedürfnisse seines Instituts mit Verständnis und Hilfsbereitschaft reagiert, die Zusammenarbeit sei stets in freundlicher Atmos phäre verlaufen. Eine solche Bereitschaft , sich an einer dynamischen, vorher nicht genau per Lastenheft definierbaren Entwicklung zu beteiligen, sei für ihn als Forscher eine grosse Hilfe. Das habe sich auch gezeigt, als sich herausstellte, dass die für die Anlage vorgesehene neue Halle eine zu geringe Deckenhöhe hatte. Die Konstrukteure bei Arnold hätten hierfür extra eine geteilte Deckel konstruktion entwickelt, die das Aufstellen am neuen Standort ermöglicht. Mittlerweile ist die Anlage in Berlin angekommen und installiert – die Inbetriebnahme soll dieser Tage erfolgen.
