Laser-Remote-Schweißanlagen vereinen Schnelligkeit und Flexibilität

Bei der Laser-Remote-Technik wird mittels eines in zwei Achsen drehbaren Spiegels eine Positionierung des Laserstrahlfokus in der Ebene generiert. Bedingt durch die großen Brennweiten der Fokussieroptik bewirken kleine Auslenkungen des Spiegels bereits lange Wege in der Ebene und damit verbunden auch sehr schnelle Positionierungen des Fokus an verschiedenen Schweißpositionen.

Mit Hilfe dieses Prinzips werden Vielpunktschweißungen in der Blechbearbeitung revolutioniert, da unproduktive Nebenzeiten auf ein Minimum reduziert werden. Dieses Verfahren ist besonders geeignet für große, überwiegend flache Bauteile, die eine hohe Anzahl an Fügeverbindungen aufweisen.

Mit Systemen von Bergmann & Steffen lassen sich bis zu 200 Schweißverbindungen pro Minute erzeugen und so Widerstandspunktschweißungen substituieren. Damit entwickelt eine einzige Laser-Remote-Schweißanlage die Produktivität von zehn konventionellen Widerstandspunktschweiß-Robotern.

Laser-Anwendungen mit Rofin-Rechnik realisiert

Bergmann & Steffen hat ein Fertigungskonzept zum Laser-Remote-Schweißen für Automobilteile entwickelt. Es basiert auf einem Rundschalttischkonzept, das wahlweise im 90°- oder 180°-Betrieb und entweder mit ein, zwei oder drei Einlege- und Entnahmepositionen ausgerüstet sein kann. „Selbstverständlich ist dieses System auch für viele andere Produkte einsetzbar“, sagt Uwe Bergmann, geschäftsführender Gesellschafter der Bergmann & Steffen GmbH. „Die Leistungsfähigkeit dieses Systems ist natürlich wichtig, wir haben aber gelernt, dass die Flexibilität heute eine mindestens ebenso große Rolle für unsere Kunden spielt.“

Die Kombinationsmöglichkeiten sind vielfältig. Über die verwendete Vorrichtungsanzahl, die Kombination verschiedener Produkte auf einer Anlage, die Anzahl der Bediener und die Betriebsart kann flexibel reagiert werden. Weitere Vorteile sind die geringe benötigte Stellfläche (7 m × 8 m) und eine segmentierte Bauweise, die sowohl Transportkosten als auch Montage-/Demontage- und Inbetriebnahmezeiten reduzieren.

Alle bisherigen Anwendungen wurden, aufgrund der für lange Brennweiten (bis 1800 mm) erforderlichen hohen Stahlqualitäten und der einfachen Handhabung, mit Rofin-CO2-Slab-Lasern und Rofin-Scannertechnik realisiert.

Die Nachfrage nach diesen Laser-Remote-Schweißanlagen wurde in den ersten Jahren massiv durch einen einzigen, großen Automobilzulieferer bestimmt. Dieses Unternehmen hat, wo technisch sinnvoll, seine komplette Produktpalette nach Laser-Remote-Anwendungen durchforstet und konsequent umgestellt. Anlagen und Vorrichtungen von Bergmann & Steffen sind heute vorwiegend bei Johnson Controls, Faurecia, Keiper, TWB Presswerk und Lear im Einsatz, wobei Johnson Controls sicher zurzeit aufgrund der Anzahl der vorhandenen Systeme und der langjährigen Erfahrungen eine dominante Position einnimmt.

Laser-Remote-Schweißtechnik erfordert Umdenken in der Konstruktion

In früheren Zeiten wurden PKW-Sitzkomponenten wie Vorder- und Hintersitzlehnen, Sitzschalen oder Sitzschienen häufig in einer Kombination aus Lichtbogenschweißen und Widerstandsschweißen hergestellt. Natürlich erforderte die Umstellung auf die Laser-Remote-Schweißtechnik nicht nur die Investition in neue Produktionsmittel, sondern auch ein völliges Neudesign, also ein Umdenken in den Konstruktionsabteilungen, um die Vorteile des Verfahrens voll nutzen zu können.

„Dieser Schritt hat — gerade in der Anfangszeit in den Jahren 2002 und 2003 — viel Mut auf Seiten des Kunden erfordert“, so Bergmann. „Heute ist das Schweißverfahren für Sitzkomponenten am Markt voll etabliert und zahlt sich die damalige Entscheidung für unseren Kunden aus. Er erhält von uns langlebige, wartungsarme Anlagentechnik, gepaart mit hoher Flexibilität und Verarbeitungsgeschwindigkeit. Der Wissensvorsprung um diese Verbindungstechnik und die langjährige Produktionserfahrung sichern heute seine sehr gute Marktposition.“

Remote-Schweißen mit Faserlaser

Mit Blick voraus erklärt der Geschäftsführer: „Aufgrund der aktuellen Nachfragesituation werden wir das System in näherer Zukunft auch mit einem Faserlaser anbieten.“ Faserlaser weisen im Vergleich zu den heute verwendeten CO2-Lasern Vorteile wie einen höheren technischen Wirkungsgrad und damit einen geringeren Energieverbrauch, eine kompakte Bauform, Wartungsarmut und zukünftig wohl auch eine Investitionskostenersparnis auf.

Die Zeitersparnis für den Kunden beträgt mit diesen Schweißmaschinen etwa 30% im Vergleich zu den konventionellen Produktionsmethoden wie Lichtbogenschweißen und Widerstandsschweißen, die Einsparung von Produktionsfläche liegt sogar bei etwa 70%. Aber obwohl insbesondere in der Automobilzulieferindustrie jede Sekunde und jeder Quadratmeter zählt, ist die Zeitersparnis nicht einmal der größte Vorteil in dieser Branche. Dort ist vielmehr die hohe Flexibilität das entscheidende Kriterium.

Bei der Entwicklung der Anlage wurde auf kürzeste Vorrichtungswechselzeiten und intelligente SPS-Programmierung Wert gelegt. Heute können unterschiedliche Produkte gleichzeitig auf einer Anlage und quasi auf Knopfdruck hergestellt werden. „Der Kunde kauft sich nicht mehr, wie in früheren Zeiten, eine spezifische Schweißanlage, sondern einfach Produktionskapazität“, urteilt Bergmann. „Die Nutzung dieser Anlagen obliegt dem Kunden – diese sind für Klein- und Großserien oder auch zur Prototypenfertigung gleichermaßen geeignet.“

Erfolgsgeheimnis liegt in der verwendeten Spanntechnik

Das Erfolgsgeheimnis beim Laserschweißen liegt nicht zuletzt in der verwendeten Spanntechnik. Bergmann & Steffen hat neben spezieller Spanntechnik auch Verfahrenstechnik speziell zum Laser-Remote-Schweißen entwickelt. Dabei werden die Einzelteile durch eine Vielzahl von Druckelementen – häufig am Nahtanfang und Nahtende — prozesssicher an quasi beliebig vielen Stellen mit nur einer einzigen Bewegung eingespannt. Die typischerweise bei Umformteilen auftretenden Toleranzen spielen aufgrund der hydraulischen Werkstückspannung und der massiven Vorrichtungsbauweise nur noch eine untergeordnete Rolle.

Auch dem Problem der Plasmaabschirmung und anderer systembedingter Störeffekte wurde durch die Entwicklung geeigneter Verfahrenstechnik begegnet. Mit gerichteten Luftströmungen in der Schweißkabine und dem Schweißwerkzeug wird der Laserschweißprozess – unabhängig von der verwendeten Strahlquelle — stabilisiert und das Schweißen mit hohen Leistungen, also hohen Vorschubgeschwindigkeiten und hoher Wirtschaftlichkeit, erst möglich.