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Bild 1: Drucksensor mit Schweißnaht.
Unmontierter Drucksensor.
Stefan Neumann, Geschäftsführer von Imes.
Rofins Handschweißlaser Select mit Drucksensoren vor der Montage.
Das Imes-Firmengebäude in Kaufbeuren.

Stefan Neumann kann es sich nicht leisten, lange zu zögern. Sein Unternehmen, die Imes GmbH, steht vor der – erfreulichen – Herausforderung, binnen Jahresfrist die Produktionskapazität zu verdoppeln. Die Imes-Sensortechnik für gas- und dieselbetriebene Großmotoren verzeichnet 2011 eine Nachfragesteigerung, die in der 15-jährigen Firmengeschichte ohne Vergleich ist. Das Haupteinsatzfeld der hochtemperaturfesten Drucksensoren von Imes liegt bei Schiffsmotoren und Stationärmotoren zur Stromerzeugung. Allesamt große Anlagen mit Leistungen von 250 kW bis zu 18 MW.

Laserschweißen von Sensorgehäusen

Das Imes-Hauptprodukt, der HTT-04 Zylinderdrucksensor, misst Drücke bis 300 bar und hält Temperaturen bis 300 °C Stand. Ein Edelstahlzylinder beherbergt den Thin-Film- Measuring-Technology-Sensor (Dünnschichtmesstechnik) und wird am Motorblock eingeschraubt. Ein weiterer beinhaltet Signalverarbeitungselektronik und Industriesteckverbindung zum Anschluss an die Motorsteuerung.

Bei der Herstellung sind mehrfach zylindrische Edelstahl-Gehäuseteile nach dem Einbau der empfindlichen Elektronik dauerhaft hermetisch zu verschließen. Die anfangs teilweise eingesetzte Klebetechnik war den extremen Vibrationen über mehrere 10.000 Stunden Dauerbetrieb nicht immer gewachsen. Seither verschweißte für Imes ein externer Dienstleister die Gehäuse mit dem Laser.

Laserschweißen eignet sich ausgezeichnet für präzise und hochbelastbare Edelstahlverbindungen. Da die Teile berührungslos, ohne Krafteinwirkung gefügt werden und die Hitzeeinwirkung gering bleibt, lassen sich auch fertige Baugruppen mit komplexer, mechanisch und thermisch empfindlicher Elektronik hervorragend verschweißen.

Applikationsentwicklung beim Laserhersteller

Schnell fällt im Frühjahr 2011 die Entscheidung, diesen Produktionsschritt ins Haus zu holen, um Laufzeiten und Reaktionszeiten zu verkürzen und die Produktionslogistik zu vereinfachen. Imes verfügt zu jenem Zeitpunkt jedoch über keinerlei Laser-Know-how. Über ein anderes Unternehmen erhält Stefan Neumann einen Kontakt zu dessen Laserlieferanten Rofin. Dort schlägt der zuständige Vertriebsleiter Andreas Schöllhorn vor, Muster der zu verschweißenden Teile zu Rofin-Baasel nach Starnberg ins dortige Applikationslabor zu schicken. Dieses Labor ist weltweit eines der größten Applikationslabore zur Evaluierung neuer Laserverfahren für die industrielle Materialbearbeitung. Um die 30 Lasersysteme unterschiedlichster Ausrichtung, bis hin zu neuesten Femtosekundenlasern, stehen dort permanent für Versuche zur Verfügung.

Schnell ermitteln die Experten in Starnberg den optimalen Laserprozess für die Schweißverbindungen und schlagen auch ein dafür geeignetes System vor: den Laserschweiß-Arbeitsplatz Select, ergänzt um eine Drehachse.

Der Select arbeitet als CNC-gesteuertes System genauso wie als Handschweißlaser und zeichnet sich insbesondere durch die einfache CNC-Programmierung über manuellen Teach-In mit dem Joystick aus. Darüber hinaus bietet dieser Laser auch die nötigen Voraussetzungen, um mit den sperrigen Edelstahl-Panzerschläuchen zurecht zu kommen, die bereits an einem der Fügepartner montiert sind. Die CNC-gesteuerte Drehachse ermöglicht einen vollautomatischen Schweißvorgang, der die Einhaltung der optimalen Prozessparameter wie Laserleistung, Pulsfrequenz und -formung sowie Vorschubgeschwindigkeit garantiert.

Diese hohe Prozesssicherheit ist ein wesentliches Argument für Imes, da Sensor-Ausfälle aufgrund schwankender Fertigungsqualität unbedingt zu vermeiden sind.

Maßgeschneidertes Lasersystem

Die praktische Demonstration der Lösung überzeugt und auch die Kosten für das System passen zu Stefan Neumanns geplantem Investitionsrahmen. Schöllhorn schlägt darüber hinaus einige optionale Erweiterungen vor, welche den Anwendungsbereich des Systems weiter vergrößern. Er weiß, dass zur ursprünglich geplanten Laseranwendung schnell weitere Applikationen hinzukommen können. Der Kaufbeurer Unternehmer verlässt sich auf diesen Rat, da Rofin eindrucksvoll bewiesen hat, seine Anwendung schnellstmöglich produktionsreif machen zu können.

Die Investitionskosten für einen Select in Grundausstattung liegen bei etwa vierzigtausend Euro. Für ein voll ausgestattetes Neugerät mit verschiedenen Optionen wie CNC und Teach-In-Funktion sind, je nach Einsatzbereich, ca. siebzigtausend Euro zu veranschlagen.

Andreas Schöllhorn macht keinen Hehl daraus, dass ihm Kunden wie Stefan Neumann am liebsten sind: „In mittelständischen Unternehmen treffen wir oft Macher, die bereit sind, Verantwortung zu übernehmen und Entscheidungen zu treffen. Das ist immer ein Stück Vertrauensvorschuss, der uns dazu verpflichtet, alles in Bewegung zu setzen, um das gemeinsame Ziel bestmöglich zu erreichen.“

Inbetriebnahme, Schulung und Serienproduktion

Die Inbetriebnahme wenige Tage später bei Imes übernimmt ein Rofin-Mitarbeiter mit umfangreicher Schulungserfahrung. In den folgenden zwei Tagen lernen die Ingenieure bei Imes alles, was zum Betrieb des Systems und zum Einrichten neuer Anwendungen nötig ist. Die Bedienung und Handhabung der CNC-gesteuerten Serienproduktion ist einfach, da alle Prozessparameter vollautomatisch geregelt werden können. So kann Stefan Neumann verschiedene Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die sonst andere Aufgaben in der Produktion übernehmen, flexibel für die Bedienung des Select einsetzen. Die Serienproduktion des HTT-04 Sensors mit dem eigenen Laserschweißsystem beginnt.

Resumee

Nach einem halben Jahr ist der Laser fest etabliert. Heute ist Imes mit dem Laserschweißverfahren im Haus in der Lage, die Produktion deutlich flexibler und reaktionsschneller zu organisieren. Alle Effekte zusammengenommen, führte diese Maßnahme zu einer zwanzigprozentigen Produktionssteigerung. Die Feinheit der eigenen Schweißverbindungen ist der der zugelieferten Teile sogar deutlich überlegen.

Stefan Neumann ist mit seiner Entscheidung zufrieden und meint rückblickend: „Wir wollten eine für uns neue Fertigungstechnologie in kurzer Zeit einführen. Dazu brauchten wir einen verlässlichen Partner, der uns schnell und unbürokratisch unterstützte. Rofin hat uns richtig beraten, sofort geliefert und die Mitarbeiter geschult. Ich hätte nicht gedacht, dass das Laserschweißsystem so einfach zu handhaben ist.“

Auch die Erweiterungen des Systems haben sich ausgezahlt. „Wir schweißen bereits eine weitere Verbindung mit dem Laser“, so Stefan Neumann, „und auch unser neues Produkt, das 2012 auf den Markt kommt, wird mehrere Laserschweißverbindungen enthalten“.