Wir befinden uns in Mittelsachsen, einer Region bei der man eher an Urlaub denkt als an Hightech. Laservorm aus Mittweida ist ein Unternehmen in dieser Region. „Wir kennen aus der eigenen lasergestützten Lohnfertigung die Anforderungen durch immer neue Technologien und Materialien. Daraus schöpfen wir unser Know-how und fertigen optimale Laseranlagen für Schneiden, Schweißen, Auftragsschweißen in unterschiedlichen Branchen“, umreißt Geschäftsführer Thomas Kimme das Tätigkeitsfeld. Dazu gehören Anwendungen im Bereich Automotive aber auch in der Feinwerktechnik und Pharmazie. „Die Pharmazie zeigt besonders unsere Flexibilität. Dabei werden unter Reinstraumbedingungen mittels CO2-Laser Bruteier für die Herstellung von Impfstoffen geöffnet. Die Einhaltung unterschiedlicher Normen der europäischen und amerikanischen Pharmaindustrie stellten dabei eine besondere Herausforderung dar“, betont Kimme. Dabei kooperiert das Unternehmen eng mit ortsansässigen Firmen, die sich im Verbund Faskan organisiert haben und Leistungen rund um das Thema Laser anbieten. In dieser Kooperation ist bei Laservorm ein Grundkonzept entstanden, welches für die verschiedenen Laserbearbeitungstechnologien zur Anwendung kommen soll.

Anwender im Detail

Faskan
Im Rahmen dieser Initiative bündeln Firmen der Region Mittweida/Chemnitz mit langjähriger Erfahrung im Bau von Lasermaschinen und Anlagen ihr Know-how, um in Zusammenarbeit mit Laserforschungseinrichtungen den Lasermaschinenbau der Region Mittelsachsen weiterzuentwickeln. Die Partner verfolgen das gemeinsame Ziel, mit neuen Faserlasertechnologien Laseranlagen für unterschiedliche Verfahren der Materialbearbeitung zu entwickeln, herzustellen und weltweit zu vermarkten. Dabei spielen insbesondere die Integrierbarkeit der am Markt verfügbaren Laserquellen sowie Servicekonzepte für die zu entwickelnden Laseranlagen eine wichtige Rolle.

Quelle: unternehmen-region.de

Leistungsdichte stieg um das 700-fache

Laser-Bearbeitungsmaschinen stellen ein komplexes Gebilde aus unterschiedlichen Komponenten mit komplexen Schnittstellen dar. Neben den Hauptkomponenten, der Laserstrahlquelle, der Scanneroptik und des Bewegungssystems, sind das diverse Peripheriegeräte wie Kühlung, Umhausung sowie Spann- und Sicherheitstechnik. Der Aufbau einer solchen Maschine klingt zunächst recht simpel: Ein in einer Laser-Quelle erzeugter hochenergetischer Strahl wird über Lichtwellenleiter zu einem Scanning-System transportiert, wo er mit hoher Präzision ausgelenkt und je nach Anforderung geformt wird. Des Weiteren werden Strahl und eingespanntes Werkstück mit einer CNC-Steuerung entsprechend der Bearbeitungsaufgabe zueinander ausgerichtet und geführt. Schließlich muss eine Sicherheitstechnik dafür sorgen, dass der Laserstrahl bei fehlerhaften Auslenkungen binnen Millisekunden abgeschaltet wird.

In diesen wenigen Details stecken eine ganze Menge Hürden. Denn waren vor 15 Jahren noch 7 kW Lichtleistung pro Quadratmillimeter möglich, so sind heute bereits 140 kW der Standard. Aktuell sind mit 10 kW Lichtleistung und einem Fokusdurchmesser von 50 µm schon über 5.000 kW pro Quadratmillimeter verfügbar. Das entspricht einer Leistungsdichtesteigerung um mehr als das 700-fache. Das reicht aus, um auch starke Umhausungen zu durchschlagen und so zu einer großen Gefahr zu werden. Gleichzeitig sinken auch die Strahlquerschnitte weiter, was wiederum eine höhere Genauigkeit der Scanner-Ansteuerung verlangt. „Durch die Ansprüche der Kunden sind wir selbst in unseren Ansprüchen gewachsen. Das heißt, sich immer wieder neuen Anforderungen zu stellen, um dem Kunden die für ihn passgenaue Lösung zu liefern“, betont Geschäftsführer Kimme. Das war auch der Grund, die bestehende Konstruktion in Frage zu stellen und sich am Markt nach Komponenten umzusehen, welche die hohen Anforderungen an Präzision, Flexibilität und Integration am besten erfüllen.

Schneller Bus gefragt

Als erste Teilaufgabe wurde die Steuerung der Laserleistung in Abhängigkeit von diversen Messwerten des technologischen Prozesses in Angriff genommen. Dazu wurde im ersten Schritt ein Bussystem evaluiert, das die unterschiedlichen Komponenten der Laserbearbeitungsmaschine synchron und mit geringem Jitter verbindet und sicherheitsgerichtete Aufgaben mit gleicher Performance transportieren kann. Das Ethernet-basierte Bussystem Powerlink erfüllt mit seiner streng zyklischen Arbeitsweise und einem Jitter von weniger als 1 µs all diese Anforderungen.

Der Entscheidung für Powerlink folgte die Evaluierung geeigneter Hardware. Hier sollen hauptsächlich Standardkomponenten zum Einsatz kommen, die der flexiblen Systemauslegung nicht hinderlich sind. Für die Laseransteuerung reicht jedoch auch das schnellste Bussystem nicht aus. Um auch in diesem Bereich die bessere Lösung anbieten zu können, wurde gemeinsam mit der Firma IMM eine Anschaltbaugruppe entwickelt. Mit diesem Modul wird der Laserstrahl in bis zu 32 Subzyklen in Leistung und Position gesteuert und die Strahlformung lässt sich je nach technologischer Anforderung in Echtzeit beeinflussen. Dies sorgt auch bei zukünftigen Entwicklungen für hohe Flexibilität und Genauigkeit.

Offenheit entscheidet

Bei den Standardkomponenten entschied sich das Unternehmen für die Komponenten der Firma B&R. „Bei der Auswahl war für uns die Offenheit des Systems bis zur Kinematik, offene Protokollschnittstellen, aber insbesondere auch die Integration von CNC, Safety und Steuerung in einem Komplettsystem entscheidend“, betont Thomas Kimme. Dass B&R als Komplettanbieter für die Automatisierungstechnik eine breite Palette an Powerlink-Komponenten vorweisen kann und außerdem integrierte Safety- und CNC-Funktionalität anbietet, machte die Entscheidung einfacher.

Laservorm ist nun in der Lage, gegenüber der früheren Lösung auch kleine und kompakte Maschinen anzubieten. Die zentrale Datenhaltung des Systems gestattet es Qualitätsdaten in Echtzeit zu erfassen. Die Kunden können nun mit der CNC-integrierten Lösung und dem direkten Einfluss auf die Strahlqualität bewegungssynchron Bestrahlungsmuster erzeugen. Das ermöglicht bei der Laseroberflächenbearbeitung, zum Beispiel beim Laserhärten oder -auftragsschweißen, eine höhere Präzision bis zur Endkonturnähe zu erreichen und bedeutet höhere Produktivität durch weniger Nachbearbeitungsaufwand, speziell bei sehr harten Materialien. 

Andreas Enzenbach

: Manager Communications and Marketing bei der Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik Ges.m.b.H. in Eggelsberg (Österreich).

(mf)

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5142 Eggelsberg
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