Lasermaterialbearbeitung Gesteigerte Dynamik für das Laserstrahlschneiden

Das robotergeführte Remote-Schweißen wurde beim Fraunhofer IWS auf das Laserschneiden übertragen. Zusätzlich zur Strahlbewegung durch den Scanner wurde dabei eine hochdynamisch geführte Schneidgasdüse implementiert. Im Vergleich zum konventionellen Laserstrahlschneiden konnten mehr als 60% der Bearbeitungszeit eingespart werden.

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Fraunhofer IWS Dresden

Beim Schneiden von metallischen Werkstoffen lassen leistungsfähige Laser hoher Brillanz häufig wesentlich größere Vorschubgeschwindigkeiten zu als noch vor fünf Jahren. Aufgrund der zu bewegenden Massen können aber selbst hochdynamische Schneidanlagen mit Lineardirektantrieben die im geraden Schnitt möglichen Vorschubgeschwindigkeiten im Konturschnitt meist nicht erreichen.

Führungsmaschinen mit Lineardirektantrieben unterliegen strukturbedingten Dynamikgrenzen

So liegen die gemittelten Geschwindigkeiten beim Schneiden von Elektroblechen für Stator- oder Rotor-Pakete beim Einsatz von Schneidanlagen mit Linearantrieben bei weniger als 20 m/min, wohingegen die technische Grenze durchaus Schneidgeschwindigkeiten bis 100 m/min zulässt (Bild 1). Diese Diskrepanz wird sich mit der Weiterentwicklung der Strahlquellen noch verstärken. Auch Führungsmaschinen mit Lineardirektantrieben, die sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten auf dem Bauteil zulassen, unterliegen strukturbedingten Dynamikgrenzen, welche die erreichbare Bahngeschwindigkeit speziell bei kleinen Schneidgeometrien mit vielen Konturübergängen erheblich einschränken.

Der Ruck als zeitliche Ableitung der Beschleunigung stellt eine der wichtigsten Größen und damit Beschränkungen im dynamischen Bahnverhalten einer Führungsmaschine dar. Die Beschleunigung ändert sich somit nicht sprungartig, sondern hat einen zeitlich stetigen Anstieg, der durch die Ruckgrenze limitiert wird. Dies führt dazu, dass eine Maschinenachse auf kurzen Abschnitten einer Schneidkontur oftmals den Grenzwert der Beschleunigung bei weitem nicht erreichen kann.

Äußere Begrenzung soll mechanische Schwingungen in der Maschine reduzieren

Der Grenzwert für den Ruck ist zum einem durch den Antrieb selbst und zum anderen durch einen definierten äußeren Grenzwert, der in den Maschinendaten berücksichtigt wird, gegeben. Diese äußere Begrenzung des zeitlichen Beschleunigungsanstiegs ist notwendig, um die Anregung von mechanischen Schwingungen in der Maschine zu reduzieren, damit die Führungsgenauigkeit des Bearbeitungskopfes nicht negativ beeinflusst wird.

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