3-d-schneiden in highspeed - Laser

Laser-Community | Das Laser Magazin von Trumpf
© Foto: Andreas Schwiederski
3-D-SCHNEIDEN IN HIGHSPEED
14-07-2015
Die Automobilindustrie hat die Entwicklung des Lasers als Schneidwerkzeug
stark beschleunigt. Inzwischen bearbeitet er 3-D-Bauteile so schnell, dass der
Mensch an der Maschine kaum noch hinterherkommt. Die Hujer
Lasertechnik GmbH hält jedoch mit.
Als Erhard Hujer im Jahr 1994 die Hujer Lasertechnik GmbH gründete, war die 3-D-Laserbearbeitung
noch eine Nische. Das Geld verdiente man damals mit der 2-D-Bearbeitung. Trotzdem setze der
Unternehmer sehr früh auf die dritte Dimension. Dort sah er das riesige Potenzial des Lasers, vor allem
in der Automobilindustrie. Es hat zwar ein paar Jahre gedauert, aber er sollte Recht behalten.
BOOMZEIT FÜR DEN LASER
Die neue TruLaser Cell 8030 mit dem Drei-Stationen-Tisch und die
Teilautomatisierungslösung nehmen nur wenig Platz in der Produktion ein. (Foto:
Andreas Schwiederski)
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Mit dem Jahr 2005 begann der Boom: Volkswagen setzte zum ersten Mal im großen Maßstab
warmumgeformte Bauteile für die Karosserie im VW-Passat ein und der Einsatz von pressgehärteten
Stählen trat seinen Siegeszug an. Inzwischen rollen immer mehr Bauteile wie A- und B-Säulen,
Schweller, Dachrahmen oder Mitteltunnel aus diesen Werkstoffen über die Straßen der Welt. Mit dem
Vormarsch dieser Technologie ist auch das Geschäft mit dem 3-D-Laserschneiden rasant gewachsen
und mit ihm als Vorreiter auch die Firma Hujer Lasertechnik GmbH.
Das bestätigt auch Peter Ducat, Vertriebsleitung Projektmanagement: „Seitdem die Automobilindustrie
Hotforming-Teile einsetzt, boomt der Laser“. Denn nach dem Formen sind diese Bauteile so hart, dass
kein anderes Werkzeug als der Laser die Bauteile wirtschaftlich bearbeiten kann. Inzwischen bearbeitet
das Unternehmen 2-D- und 3-D-Bauteile für die Automobilindustrie, aber auch für Haushaltsgeräte,
Landmaschinen, Türen und Fenster. Rund 200 Mitarbeiter beschäftigt der Laserspezialist dafür an den
vier Standorten Harsewinkel, Lohfelden, Drolshagen und seit Anfang des Jahres auch in Iserlohn.
GIGANTISCHE LOSGRÖßEN
Hujer Lasertechnik GmbH
Die Hujer Lasertechnik GmbH ist schon seit über 20 Jahren im
Lasergeschäft. Das Unternehmen bearbeitet mit rund 200 Mitarbeitern
an den vier Standorten Harsewinkel, Lohfelden, Drolshagen und
Iserlohn 2-D- und 3-D-Bauteile für die Automobilindustrie aber auch für
Haushaltsgeräte, Landmaschinen, Türen und Fenster.
„80 Prozent unseres Geschäfts machen wir aber mit den Automobilherstellern“, erläutert Ducat. Und
die verlangen enorme Stückzahlen – natürlich günstig, schnell und qualitativ hochwertig. „Pro Bauteil
und Jahr liegen die Losgrößen zwischen 300.000 und 400.000“, verdeutlicht Ducat die Dimensionen.
Eine Möglichkeit diesen Stückzahlen gerecht zu werden, ist der Einsatz von immer schnelleren
Lasermaschinen. Inzwischen sind diese allerdings so schnell, dass die Bediener Schwierigkeiten haben,
hinter der Produktion herzukommen.
„Bei den immer kürzer werdenden Taktzeiten reicht ein Mitarbeiter einfach nicht mehr aus, die
Maschine zu be- und entladen und dabei noch Qualitätssicherungsaufgaben zu übernehmen“, schildert
Ducat. Die Hujer Lasertechnik GmbH brauchte also eine Lösung, wenn sie den Ausstoß erhöhen
wollte. Eine Automatisierung lag nahe, doch auch Roboter haben ihre Grenzen.
Das Laserpotenzial ist meiner Meinung nach noch nicht voll
ausgeschöpft.
Peter Ducat, Vertriebsleitung Projektmanagement bei Hujer Lasertechnik GmbH
ERST DER MENSCH, DANN DER ROBOTER
Die Hujer Lasertechnik ging daher einen neuen Weg. Wie dieser aussieht, lässt sich inzwischen im
Werk Lohfelden besichtigen. Dort steht Werkleiter Ralph Frey neben der neuen Generation der
TruLaser Cell 8030 und beobachtet die Arbeitsprozesse: Ein Mitarbeiter trennt eine B-Säule von einer
anderen und nimmt sie vom Stapel. „Die Bauteile werden teilweise noch warm gestapelt, wenn sie dann
abkühlen ziehen sie sich zusammen und verkanten“, erklärt Frey diesen Vorgang. Dieser erste
Arbeitsschritt lässt sich deshalb nur sehr aufwendig automatisieren. Ein Roboter kann das Bauteil nicht
lösen. Oft kommen die Komponenten sogar als Schüttgut an. Mit dieser Situation ist ein Roboter
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überfordert, da er nicht genau weiß wie das einzelne Werkstück liegt.
Die zu bearbeitenden Bauteile kommen in Boxen gestapelt bei der Hujer Lasertechnik GmbH an. (Foto:
Andreas Schwiederski)
Den ersten Arbeitsschritt kann ein Roboter nicht durchführen: Die Bauteile sind zum Teil miteinander
verkantet und ein Mitarbeiter muss sie deshalb manuell aus der Box holen … (Foto: Andreas
Schwiederski)
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… und mit Hilfe eines Vakuumhebers in die Maschine einlegen. Danach geht alles von alleine: der Laser
bearbeitet das Bauteil … (Foto: Andreas Schwiederski)
… und ein Roboter entnimmt es nach der Bearbeitung und stapelt es in eine Gitterbox. Der Mitarbeiter
und die Maschine bearbeiten unterdessen bereits das nächste Teil. (Foto: Andreas Schwiederski)
Der Bediener hat die B-Säule inzwischen in die Maschine eingelegt. Seine Aufgabe ist es die Maschine
zu beladen und zu überwachen. Den Rest übernehmen Maschine und Roboter. Während er das nächste
Teil vorbereitet, und der Laser dieses Teil schneidet, setzt der Roboter auf der anderen Maschineseite
das zuvor geschnittene Teil in ein Spezialklinkengestell ein.
HIGHSPEED SCHRITT FÜR SCHRITT
Möglich macht diese Arbeitsteilung die wichtigste Neuerung an der TruLaser Cell 8030: Der
Rundschalttisch mit drei Stationen. Damit und mit dem hohen Bearbeitungstempo des Lasers schafft
die zweite Generation der TruLaser Cell 8030 bei Hujer je nach dem aktuell zu schneidenden Bauteil
600 Teile pro Schicht. Je nach Anzahl der Konturen, der Beschnittlänge und der damit verbundenen
Schneidzeit sind theoretisch sogar 1.350 Teile pro Schicht möglich.
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Mit jeder neuen Fahrzeuggeneration die auf den Markt gelangt,
steigt auch der Anteil an warmumgeformten Bauteilen.
Ralph Frey, Werkleiter bei Hujer Lasertechnik GmbH
Peter Ducat (l.), Vertriebsleitung Projektmanagement und der Werkleiter des Standorts
Lohfelden Ralph Frey. (Foto: Andreas Schwiederski)
Bei Hujer kommen pro Woche derzeit über 11.000 bearbeitete Stücke pro Maschine zusammen. „Mit
dem Rundschalttisch lassen sich die Be- und Entladevorgänge trennen und eine Automatisierung wird
möglich“, erläutert Frey. „Dadurch behalten wir die volle Flexibilität. Wir können ohne Probleme auch
manuell Be- und Entladen – etwa bei einer Störung an der Automatisierung, oder wenn wir kurzfristig
ein anderes Bauteil fahren müssen“. Dank der standardisierten Schnittstelle an der TruLaser Cell
konnten die Laserexperten die Teilautomatisierungslösung schnell und problemlos integrieren.
VOLLE POWER MIT DER HALBEN LEISTUNG
Üblicherweise wird für diese Maschine und Anwendung als Strahlquelle ein 3-Kilowatt-Laser
eingesetzt, dessen Licht durch eine 0,1-Millimeter-Faser geleitet wird. Hujer Lasertechnik GmbH setzt
jedoch den Scheibenlaser TruDisk 2000 mit nur 2 Kilowatt Leistung ein und leitet das Licht durch eine
0,05-Millimeter-Faser.
TruLaser Cell 8030
Die TruLaser Cell 8030 ist für das 3-D Schneiden
warmumgeformter Bauteile konstruiert und entwickelt worden.
Die neue Generation der Maschine ist mit einem Drei-Statione-Rundschalttisch ausgestattet, wodurch sich der Be- und
Entladevorgang trennen lässt. Damit können Anwender auch
Teilautomatisierungslösungen realisieren.
TruDisk 2000
Als Strahlquelle ist ein TruDisk 2000 ausreichend. Dank der
guten Strahlqualität des 2-Kilowatt-Scheibenlasers, kann das
Licht durch eine 0,05-Milimeter-Faser geleitet werden. Dank des
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kleineren Brennflecks reicht die Energie des Lasers aus, um am
Werkstück die gleichen Schnittgeschwindigkeiten zu erzielen
wie ein 3-Kilowatt–Laser.
Das Ergebnis ist ein wesentlich kleinerer Brennfleck, in dem die Energie des Lasers konzentrierter und
damit effizienter eingesetzt wird mit dem zusätzlichen Vorteil, dass der Prozess gegenüber Einflüssen
sogar robuster ist: Der Laser erhitzt und schmilzt weniger Werkstoff und erreicht mit weniger Leistung
am Werkstück die gleichen Schnittgeschwindigkeiten wie ein 3-Kilowatt-Laser.
„Wir nutzen so die doppelt so gute Strahlqualität des TruDisk 2000 gezielt, um eine enorme
Stromeinsparung zu erreichen“, macht Frey deutlich. Für das neue Werk in Iserlohn hat Hujer
Lasertechnik deshalb bereits zwei weitere Maschinen der neuen Generation in Betrieb genommen. „Mit
jeder neuen Fahrzeuggeneration die auf den Markt gelangt, steigt auch der Anteil an
warmumgeformten Bauteilen. Die Nachfrage nach einer kostengünstigen Bearbeitung mit dem Laser
steigt also weiter“, macht Frey deutlich.
Auch Ducat ist überzeugt: „Die Automatisierung beim Laserschneiden von 3-D-Bauteilen wird weiter
voranschreiten“, und ergänzt: „Das Laserpotenzial ist meiner Meinung nach noch nicht voll
ausgeschöpft, gerade was die Materialen betrifft könnte die Automobilindustrie noch innovativer
werden.“ Mit seiner Expertise in der 3-D-Laserbeabeitung ist die Hujer Lasertechnik GmbH bestens
darauf vorbereitet.
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