gesponsertLaserschweißen Schnell und flexibel fertigen

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Das Laserschweißen bietet viele Vorteile für fertigende Unternehmen. Das zeigt Trumpf unter anderem an Beispielen aus dem Schaltschrankbau.

In der Elektroindustrie spielen Produktionsverfahren eine entscheidende Rolle, um der fortschreitenden Energiewende gerecht zu werden. Besonders die Herstellung von Gehäusen für elektrische Komponenten verlangt nach effizienten und nachhaltigen Lösungen. Hier bietet das Laserschweißen eine Reihe von Vorteilen, die es zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die moderne Fertigung machen. In diesem Beitrag beleuchten wir die Gründe, warum Laserschweißen die Fertigung maßgeblich voranbringt und wie Sie diesen Prozess erfolgreich in Ihren Produktionsablauf integrieren können.

Warum Laserschweißen?

In vielen Bereichen der Industrie ist Schnelligkeit ein entscheidender Wettbewerbsfaktor. Das Laserschweißen bietet hier einen klaren Vorteil. Im Gegensatz zu konventionellen Schweißverfahren wie dem Lichtbogenschweißen, das deutlich länger dauert, ermöglicht der Lasereinsatz eine extrem schnelle Arbeitsweise. Dabei erreicht der Laser insbesondere beim Tiefschweißprozess Geschwindigkeiten, die bislang nicht möglich waren. Diese Geschwindigkeit wirkt sich nicht nur auf die reinen Schweißzeiten aus, sondern senkt auch die Gesamtdauer der Produktion erheblich.

Ein weiterer Pluspunkt des Laserschweißens ist der verhältnismäßig geringe Wärmeeintrag in das zu bearbeitende Material. Diese präzise Wärmebehandlung führt dazu, dass Verformungen und Spannungen im Material minimiert werden. Das reduziert nicht nur die Gefahr von Materialermüdung, sondern sichert auch die strukturelle Integrität der hergestellten Gehäuse. Die gleichmäßig hohe Qualität der Schweißnähte ist ein Vorteil, den viele herkömmliche Verfahren in dieser Form nicht bieten können.

Und auch bei der Auswahl der Materialien bietet das Laserschweißen deutliche Vorteile. Denn es ist deutlich flexibler als andere Verfahren und bietet die Möglichkeit, unterschiedlichste Materialien und unterschiedliche Materialstärken miteinander zu verbinden. Auch Überlappnähte sind problemlos möglich. Dadurch eröffnet es völlig neue Möglichkeiten im Bereich der Konstruktion und Designwahl.

Vorteile auch in Zahlen messbar

Eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten erhebt das Laserschweißen zu einem besonders wertvollen Werkzeug für die Elektroindustrie. Kunden, die bereits auf diese Technologie umgestiegen sind, berichten von erheblichen Produktivitätssteigerungen und signifikanten Kostenreduktionen. So konnte bei der Firma Apra-Norm die Schweißzeit pro Gehäuse von Stunden auf Minuten reduziert werden, was die Effizienz der Produktion enorm gesteigert hat.

Die Apra-Norm GmbH, ein Systemlieferant für Elektronikgehäuse, suchte angesichts der Kapazitätsgrenzen durch herkömmliche Schweiß-Schleif-Verfahren nach effizienteren Lösungen für ihre Fertigung. Die Wahl fiel auf die Trulaser Weld 5000, eine automatisierte Laserschweißanlage, die eine erhebliche Zeiteinsparung bei der Produktion komplexer Gehäuse ermöglicht.

Zuvor benötigte das manuelle Schweißen der aus über 40 Einzelteilen bestehenden Gehäuse für Trumpf durch die Arbeitskräfte etwa zwei Stunden. Dank der Trulaser Weld 5000 beträgt die Schweißzeit jetzt nur noch fünf Minuten. Trotz eines gestiegenen Vorbereitungsaufwands durch Vornieten entfällt das zeitintensive Nachschleifen komplett, wodurch die gesamte Fertigungszeit von dreieinhalb Stunden auf lediglich 45 Minuten reduziert wird. Mitarbeiter, die früher mit Schweißen beschäftigt waren, können nun für andere Aufträge eingesetzt werden, während die Laserschweißproduktion parallel abläuft. Dies ermöglichte es Apra-Norm, das gestiegene Auftragsvolumen zu bewältigen, ohne zusätzliche Fachkräfte einstellen zu müssen, was angesichts des Personalengpasses ein enormer Vorteil ist.

In enger Zusammenarbeit mit Trumpf konzipierte Apra-Norm eine maßgeschneiderte Lösung für die Trulaser Weld 5000, die durch ein parallel laufendes Beladekonzept minimale Nebenzeiten erreicht.

Auch in Zahlen ausgedrückt, zahlt sich der Wechsel zum Laserschweißen also schnell aus. Während herkömmliche Schweißmethoden durch hohe Personal- und Materialkosten relativ teuer sind, fallen diese beim Laserschweißen geringer aus. Ein Unternehmen, das diesen Weg geht, kann innerhalb von zwei Jahren mit einer Rendite der Investition rechnen, selbst wenn die Maschinenauslastung nur bei 50 Prozent liegt.

Die entstehenden Einsparungen in Zeit und Kosten gestatten es, mehr Aufträge in kürzerer Zeit zu bearbeiten, während die gestiegene Nahtqualität die Zufriedenheit der Kunden sichert. Diese Aspekte machen das Laserschweißen zu einem entscheidenden Faktor für Unternehmen, die sich im immer anspruchsvoller werdenden Wettbewerb behaupten möchten.

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Beispiele aus der Praxis

Trumpf konnte die Vorteile des Laserschweißens bereits in einer ganzen Reihe von Anwendungen unter Beweis stellen. Ein interessantes Beispiel kommt aus dem Bereich Solartechnologie. Der Dresdner Lohnfertiger Cooolcase hat sich das Ziel gesteckt, effizientere und kostengünstigere Lösungen für die Herstellung von Wechselrichtergehäusen zu entwickeln. Deshalb entschied sich das Unternehmen dafür, in fortschrittliche Laserschweißtechnologie zu investieren.

Einer der Gründe hierfür war, dass Wechselrichter widerstandsfähig und kosteneffizient sein müssen, da sie empfindliche Elektronik beherbergen, die gegen Umwelteinflüsse geschützt werden muss. Die herkömmlichen Gussverfahren stießen bei großen Stückzahlen an ihre Grenzen. Das Laserschweißen brachte den Durchbruch für komplexe Anforderungen. Cooolcase setzte Wärmeleitungsschweißen ein, um Heißrisse an den Gehäusenähten zu verhindern. Für das Versteifungsblech wurde auf Tiefschweißen umgestellt, um absolut dichte Verbindungen zu gewährleisten. Die größte Herausforderung stellte das Schweißen des Kühlkörpers dar, der aus einer speziellen 6.000er Aluminiumlegierung besteht. Mit der Zuführung von Zusatzdraht mit der Fusionline-Technologie und präzisen Schweißparametern konnten unterschiedliche Legierungen zuverlässig verbunden werden.

Dank der Trulaser Weld 5000 von Trumpf gelang es Cooolcase, die Produktionseffizienz erheblich zu steigern und die Anforderungen der Solarindustrie erfolgreich zu erfüllen. Die strategische Investition in fortschrittliche Lasertechnologie positioniert Cooolcase als kompetenten Partner für innovative Lösungen im Bereich erneuerbarer Energien.

Auch die Kempf GmbH, ein traditionsreiches Familienunternehmen aus Kraichtal-Gochsheim, hat den Schritt gewagt, in das automatisierte Laserschweißen zu investieren. Unter der Führung von Kevin und Marcel Kempf, die das Unternehmen 2020 von ihrem Vater übernommen haben, setzte die Firma auf innovative Fertigungslösungen, um den steigenden Anforderungen der Blech- und Rohrtechnikbranche gerecht zu werden. Ziel war es, nicht nur den Kostendruck und den Mangel an Facharbeitern zu bewältigen, sondern auch die Produktion effizienter und unabhängiger zu gestalten.

Der entscheidende Durchbruch kam mit der Einführung der Trulaser Weld 5000 von Trumpf, die es ermöglicht, auch weniger präzise Bauteile, die beim vorangegangenen Biegeprozess entstehen können, mit dem Fusionline-Verfahren zu schweißen. Dieses Verfahren erlaubt es, mit Zusatzdraht bis zu einem Millimeter breite Spalte zu schließen und so die hohen Anforderungen an die Bauteilvorbereitung, die zuvor den Einstieg ins automatisierte Schweißen erschwerten, zu umgehen. Die Brüder Kempf nutzten diese Möglichkeit, um ihren Fertigungsprozess deutlich zu optimieren.

Neben der technischen Herausforderung bestand eine weitere Hürde darin, das Team von den Vorteilen der neuen Technologie zu überzeugen. Hier punktete Kempf mit einem innovativen Belohnungssystem: Für jedes optimierte Teil, das für das Laserschweißen vorbereitet wurde, erhielten die Mitarbeiter eine Erfolgsprämie. Diese Initiative motivierte das Team, zahlreiche Teile zu identifizieren und umzubauen, sodass die Auslastung der neuen Anlage gesichert war.

Immer mehr Gründe sprechen für das Laserschweißen

Wenn man sich mit dem Laserschweißen beschäftigt, ist es ebenfalls wichtig zu wissen, dass die Technologie trotz ihrer bereits jetzt bestehenden vielen Vorteile noch nicht am Ende ihrer Entwicklung angekommen ist. So stellte Trumpf beispielsweise erst vor wenigen Jahren mit Brightline Scan eine Technologie vor, die Qualität und Robustheit beim Laserschweißen durch eine Kombination aus Roboter- und Laserscannersteuerung nochmals deutlich verbessert. Bislang erfolgte die Steuerung des Laserstrahls allein über den Schweißroboter. Brightline Scan ermöglicht jetzt zusätzlich die Bewegung des Laserstrahls über einen Laserscanner. Diese neue Strahlführung erlaubt eine freie und programmierbare Bewegung des Lasers in unterschiedlichste Richtungen jenseits der Vorwärtsbewegung des Roboters.

Der Einsatz von Leichtbauspiegeln ermöglicht sogenannte „Oszillationsbewegungen“, die Frequenzen im Kilohertzbereich erreichen und die maximale Blechdicke beim Wärmeleitschweißen von drei auf sechs Millimeter verdoppeln. Anwender können die Anbindungsfläche der Bauteile, die vom Laserstrahl aufgeschmolzen wird, flexibel anpassen, was sowohl die Prozesssicherheit als auch die Qualität der geschweißten Teile verbessert. Insbesondere in Aluminium erreicht diese Technologie eine bisher unerreichte Teilequalität. Zudem erhöht die zusätzliche Strahlführung die Toleranz des Verfahrens, wodurch weniger Ausschuss produziert wird und somit Zeit und Kosten gespart werden. Die frei programmierbare Fokussieroptik PFO SF 20 mit Kleinfeldscanner, integriert in die Schweißoptik des Roboters, gestattet es, Bauteile mit einer Präzision zu schweißen, die bisher nicht möglich war. Auch wächst die Toleranz, was die Robustheit und Flexibilität des Verfahrens erhöht und kleinere Ungenauigkeiten im vorangegangenen Produktionsprozess ausgleichen kann. Zwei besondere Zusatznutzen: Durch die hohen Frequenzen und die beliebig wählbaren Scanformen erweitert Brightline Scan das Anwendungsgebiet der Trulaser Weld 5000 um Laserreinigen und Gravieren.

Auch im Bereich der Programmierung hat sich in den letzten Jahren viel getan. So erstellen Anwender mit der Offline-Programmiersoftware Trutops Weld ihre Schweißprogramme inzwischen schnell und unkompliziert am Rechner. Trutops Weld beinhaltet sowohl Geometrie- als auch Schweißparameter für das Wärmeleitschweißen, das Tiefschweißen, das Schweißen mit der Scanfunktion und das Schweißen mit dem Draht. Dank grafischer Unterstützung und einer automatischen Lösungshilfe gelingt schnell ein optimiertes Programm. Die Sensoriklösung Teachline unterstützt die Anwender beim Übertrag auf die Maschine. Sie erkennt die exakte Lage des Bauteils auf der Maschine und passt das Programm automatisch an. Dabei kann der Anwender wählen, ob er für das Vermessen die schnellere Drei-Punkt-Messung oder die etwas langsamere, aber genauere Einzelpunktkorrektur nutzen möchte. Im ersten Fall misst Teachline drei Punkte eines Bauteils, erkennt so dessen exakte Lage und passt das Programm über eine Base-Verschiebung an. Dies ist optimal, wenn sich die Bauteile selbst nicht unterscheiden, ihre Lage innerhalb der Maschine jedoch leicht variiert. Bei der Einzelpunktmethode misst die Sensorik dagegen jeden Punkt des Programms individuell. So gelingen auch Bauteile, die innerhalb einer Charge Toleranzen aufweisen.

Mit dieser Methode lassen sich die Programmier- und Nachteachzeiten an der Maschine enorm reduzieren. Die Software ist durchgehend optimiert für einfaches und schnelles Programmieren – vom Offlineprogramm über die Sensorik zur Maschine.

Einfacher Einstieg dank Weldguide

Der Umstieg auf das Laserschweißen zieht natürlich Veränderungen im Fertigungsprozess nach sich. Dazu gehört es, die spezifischen Anforderungen des Laserschweißens zu berücksichtigen und die geeigneten Maschinen und Anlagen auszuwählen. Trumpf begleitet seine Kunden bei jedem Schritt auf diesem Weg. Ein Beispiel hierfür ist der Weldguide.

Dabei handelt es sich um eine umfassende Datenbank, die auf jahrzehntelanger Erfahrung im Laserschweißen basiert und Trumpf-Anwendern wertvolle Unterstützung bietet. Nutzer des My-Trumpf-Portals erhalten kostenlosen Zugang, um ihre Trulaser Weld Anlage optimal auszunutzen und neue Auftragsmöglichkeiten zu erschließen. Der Weldguide bietet praktische Unterstützung durch Beispielteile und Vorrichtungen, die in der eigenen Fertigung als Vorlage dienen können. Die Datenbank kombiniert wertvolle Technologiekenntnisse, Techniken und Methoden und bietet offen zugängliche Downloads von Bauteilen, Vorrichtungen und Maschinenmodellen als CAD-Modell.

Der Weldguide deckt eine Vielzahl von Themen ab. Grundlagen der Laserschweißanwendungen, essenzielle Techniken sowie Tipps zur lasergerechten Gestaltung von Bauteilen und Vorrichtungen werden detailliert erläutert. Zudem gibt es praxisnahe Beispielbauteile und Mustervorrichtungen, die als CAD-Modelle verfügbar sind und die Anwendung der Basics veranschaulichen. Ein Konfigurator ermöglicht es den Nutzern, ihre Maschine mit entsprechender Schweißoptik zu konfigurieren, um die Zugänglichkeit von Bauteilen und Vorrichtungen zu überprüfen. Alle Standardmodelle der Trulaser Weld 5000 und deren Optiken sind zum Download bereitgestellt, was eine individuelle Anpassung und Optimierung der eigenen Produktionsprozesse erleichtert.

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